Γιατί χρειαζόμαστε έναν επιταχυντή αδρονίων; Σε τι χρησιμεύει ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων; Επιταχυντής Αδρονίων: εκτόξευση. Γιατί χρειάζεται ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων και πού βρίσκεται; Πού είναι ο επιταχυντής

Ο συντομευμένος LHC (Large Hadron Collider, συντομογραφία LHC) είναι ένας επιταχυντής φορτισμένων σωματιδίων που χρησιμοποιεί συγκρουόμενες δέσμες, σχεδιασμένος να επιταχύνει πρωτόνια και βαρέα ιόντα (ιόντα μολύβδου) και να μελετά τα προϊόντα των συγκρούσεων τους. Ο επιταχυντής κατασκευάστηκε στο CERN (Ευρωπαϊκό Συμβούλιο για την Πυρηνική Έρευνα), που βρίσκεται κοντά στη Γενεύη, στα σύνορα Ελβετίας και Γαλλίας. Το LHC είναι η μεγαλύτερη πειραματική εγκατάσταση στον κόσμο. Περισσότεροι από 10 χιλιάδες επιστήμονες και μηχανικοί από περισσότερες από 100 χώρες συμμετείχαν και συμμετέχουν στην κατασκευή και την έρευνα.

Ονομάζεται μεγάλο λόγω του μεγέθους του: το μήκος του κύριου δακτυλίου επιταχυντή είναι 26.659 m. αδρονικό - λόγω του γεγονότος ότι επιταχύνει αδρόνια, δηλαδή βαριά σωματίδια που αποτελούνται από κουάρκ. collider (αγγλ. collider - collider) - λόγω του ότι οι δέσμες σωματιδίων επιταχύνονται σε αντίθετες κατευθύνσεις και συγκρούονται σε ειδικά σημεία σύγκρουσης.

Προδιαγραφές BAK

Ο επιταχυντής υποτίθεται ότι συγκρούεται πρωτόνια συνολικής ενέργειας 14 TeV (δηλαδή 14 τεραηλεκτρονβολτ ή 14·1012 ηλεκτρονβολτ) στο σύστημα του κέντρου μάζας των προσπίπτων σωματιδίων, καθώς και πυρήνες μολύβδου με ενέργεια 5 GeV (5·109 ηλεκτρονβολτ) για κάθε ζεύγος συγκρουόμενων νουκλεονίων. Στις αρχές του 2010, ο LHC είχε ήδη ξεπεράσει ελαφρώς τον προηγούμενο κάτοχο ρεκόρ στην ενέργεια πρωτονίων - τον επιταχυντή πρωτονίου-αντιπρωτονίου Tevatron, ο οποίος μέχρι τα τέλη του 2011 εργαζόταν στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών. Ενρίκο Φέρμι (ΗΠΑ). Παρά το γεγονός ότι η εγκατάσταση του εξοπλισμού συνεχίζεται εδώ και χρόνια και δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί, ο LHC έχει ήδη γίνει ο επιταχυντής σωματιδίων με την υψηλότερη ενέργεια στον κόσμο, ξεπερνώντας άλλους επιταχυντές σε τάξη μεγέθους σε ενέργεια, συμπεριλαμβανομένων των σχετικιστικός επιταχυντής βαρέων ιόντων RHIC, που λειτουργεί στο εργαστήριο Brookhaven (ΗΠΑ).

Η φωτεινότητα του LHC κατά τις πρώτες εβδομάδες λειτουργίας του δεν ήταν μεγαλύτερη από 1029 σωματίδια/cm 2 s, ωστόσο, συνεχίζει να αυξάνεται συνεχώς. Ο στόχος είναι να επιτευχθεί μια ονομαστική φωτεινότητα 1,7 × 1034 σωματίδια/cm 2 s, η οποία είναι η ίδια τάξη μεγέθους με τις φωτεινότητες του BaBar (SLAC, ΗΠΑ) και του Belle (KEK, Ιαπωνία).

Ο επιταχυντής βρίσκεται στην ίδια σήραγγα που παλαιότερα καταλάμβανε ο Μεγάλος Επιταχυντής Ηλεκτρονίων-Ποζιτρονίων. Η σήραγγα με περιφέρεια 26,7 χλμ. βρίσκεται υπόγεια στη Γαλλία και την Ελβετία. Το βάθος της σήραγγας είναι από 50 έως 175 μέτρα και ο δακτύλιος της σήραγγας έχει κλίση κατά περίπου 1,4% σε σχέση με την επιφάνεια της γης. Για τη συγκράτηση, τη διόρθωση και την εστίαση των δεσμών πρωτονίων χρησιμοποιούνται 1624 υπεραγώγιμοι μαγνήτες, το συνολικό μήκος των οποίων υπερβαίνει τα 22 km. Οι μαγνήτες λειτουργούν σε θερμοκρασία 1,9 Κ (-271 °C), η οποία είναι ελαφρώς χαμηλότερη από τη θερμοκρασία στην οποία το ήλιο γίνεται υπερρευστό.

Ανιχνευτές BAK

Το LHC διαθέτει 4 κύριους και 3 βοηθητικούς ανιχνευτές:

ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus)
CMS (Compact Muon Solenoid)
LHCb (Το πείραμα ομορφιάς του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων)
TOTEM (ΣΥΝΟΛΙΚΗ μέτρηση ελαστικής και διαθλαστικής διατομής)
LHCf (Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων προς τα εμπρός)
MoEDAL (Monopole and Exotics Detector at the LHC).

Οι ATLAS, CMS, ALICE, LHCb είναι μεγάλοι ανιχνευτές που βρίσκονται γύρω από τα σημεία σύγκρουσης δέσμης. Οι ανιχνευτές TOTEM και LHCf είναι βοηθητικοί, βρίσκονται σε απόσταση αρκετών δεκάδων μέτρων από τα σημεία τομής δέσμης που καταλαμβάνουν οι ανιχνευτές CMS και ATLAS, αντίστοιχα, και θα χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με τους κύριους.

Οι ανιχνευτές ATLAS και CMS είναι ανιχνευτές γενικής χρήσης που έχουν σχεδιαστεί για την αναζήτηση του μποζονίου Higgs και της «μη τυπικής φυσικής», ιδιαίτερα της σκοτεινής ύλης, ALICE - για τη μελέτη του πλάσματος κουάρκ-γλουονίων σε συγκρούσεις βαρέων ιόντων μολύβδου, LHCb - για τη μελέτη της φυσικής των β-κουάρκ, που θα επιτρέψουν την καλύτερη κατανόηση των διαφορών μεταξύ ύλης και αντιύλης, το TOTEM έχει σχεδιαστεί για να μελετά τη σκέδαση των σωματιδίων σε μικρές γωνίες, όπως αυτό που συμβαίνει κατά τη διάρκεια κοντινών πτήσεων χωρίς συγκρούσεις (τα λεγόμενα μη συγκρουόμενα σωματίδια, προς τα εμπρός σωματίδια), γεγονός που καθιστά δυνατή την ακριβέστερη μέτρηση του μεγέθους των πρωτονίων, καθώς και τον έλεγχο της φωτεινότητας του επιταχυντή και, τέλος, του LHCf - για τη μελέτη των κοσμικών ακτίνων, που μοντελοποιείται χρησιμοποιώντας τα ίδια μη συγκρουόμενα σωματίδια.

Συνδέεται επίσης με το έργο του LHC ο έβδομος, αρκετά ασήμαντος από άποψη προϋπολογισμού και πολυπλοκότητας, ανιχνευτής (πείραμα) MoEDAL, σχεδιασμένος να αναζητά αργά κινούμενα βαριά σωματίδια.

Κατά τη λειτουργία του επιταχυντή, οι συγκρούσεις πραγματοποιούνται ταυτόχρονα και στα τέσσερα σημεία τομής των δεσμών, ανεξάρτητα από τον τύπο των επιταχυνόμενων σωματιδίων (πρωτόνια ή πυρήνες). Σε αυτήν την περίπτωση, όλοι οι ανιχνευτές συλλέγουν ταυτόχρονα στατιστικά.

Επιτάχυνση σωματιδίων σε έναν επιταχυντή

Η ταχύτητα των σωματιδίων στον LHC στις συγκρουόμενες δέσμες είναι κοντά στην ταχύτητα του φωτός στο κενό. Η επιτάχυνση των σωματιδίων σε τέτοιες υψηλές ενέργειες επιτυγχάνεται σε διάφορα στάδια. Στο πρώτο στάδιο, οι γραμμικοί επιταχυντές χαμηλής ενέργειας Linac 2 και Linac 3 εγχέουν πρωτόνια και ιόντα μολύβδου για περαιτέρω επιτάχυνση. Στη συνέχεια, τα σωματίδια εισέρχονται στον ενισχυτή PS και μετά στο ίδιο το PS (σύγχροτρο πρωτονίων), αποκτώντας ενέργεια 28 GeV. Σε αυτή την ενέργεια κινούνται ήδη με ταχύτητα κοντά στο φως. Μετά από αυτό, η επιτάχυνση των σωματιδίων συνεχίζεται στο SPS (Super Synchrotron Proton Synchrotron), όπου η ενέργεια των σωματιδίων φτάνει τα 450 GeV. Η δέσμη πρωτονίων στη συνέχεια κατευθύνεται στον κύριο δακτύλιο μήκους 26,7 χιλιομέτρων, φέρνοντας την ενέργεια του πρωτονίου στο μέγιστο των 7 TeV και οι ανιχνευτές καταγράφουν τα γεγονότα στα σημεία σύγκρουσης. Δύο συγκρουόμενες δέσμες πρωτονίων, όταν γεμίσουν πλήρως, μπορούν να περιέχουν 2808 δέσμες η καθεμία. Στα αρχικά στάδια του εντοπισμού σφαλμάτων της διαδικασίας επιτάχυνσης, μόνο ένα μάτσο κυκλοφορεί σε μια δέσμη μήκους πολλών εκατοστών και μικρού εγκάρσιου μεγέθους. Στη συνέχεια αρχίζουν να αυξάνουν τον αριθμό των θρόμβων. Τα τσαμπιά βρίσκονται σε σταθερές θέσεις μεταξύ τους, οι οποίες κινούνται συγχρονισμένα κατά μήκος του δακτυλίου. Συστάδες σε μια συγκεκριμένη ακολουθία μπορούν να συγκρουστούν σε τέσσερα σημεία του δακτυλίου, όπου βρίσκονται οι ανιχνευτές σωματιδίων.

Η κινητική ενέργεια όλων των δεσμών αδρονίων στον LHC, όταν είναι πλήρως γεμάτη, είναι συγκρίσιμη με την κινητική ενέργεια ενός αεροσκάφους αεριωθουμένων, αν και η μάζα όλων των σωματιδίων δεν υπερβαίνει το ένα νανογραμμάριο και δεν μπορούν να φανούν καν με γυμνό μάτι. Αυτή η ενέργεια επιτυγχάνεται λόγω ταχυτήτων σωματιδίων κοντά στην ταχύτητα του φωτός.

Τα τσαμπιά περνούν από έναν πλήρη κύκλο του γκαζιού σε λιγότερο από 0,0001 δευτερόλεπτα, κάνοντας έτσι πάνω από 10 χιλιάδες στροφές ανά δευτερόλεπτο

Στόχοι και στόχοι του LHC

Το κύριο καθήκον του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων είναι να ανακαλύψει τη δομή του κόσμου μας σε αποστάσεις μικρότερες από 10–19 m, «εξετάζοντας» τον με σωματίδια με ενέργεια πολλών TeV. Μέχρι τώρα, έχουν ήδη συσσωρευτεί πολλά έμμεσα στοιχεία ότι σε αυτή την κλίμακα, οι φυσικοί θα πρέπει να ανακαλύψουν ένα ορισμένο «νέο στρώμα πραγματικότητας», η μελέτη του οποίου θα δώσει απαντήσεις σε πολλά ερωτήματα της θεμελιώδους φυσικής. Το τι ακριβώς θα αποδειχθεί αυτό το στρώμα πραγματικότητας δεν είναι γνωστό εκ των προτέρων. Οι θεωρητικοί, φυσικά, έχουν ήδη προτείνει εκατοντάδες διάφορα φαινόμενα που θα μπορούσαν να παρατηρηθούν σε ενέργειες σύγκρουσης πολλών TeV, αλλά είναι το πείραμα που θα δείξει τι πραγματικά πραγματοποιείται στη φύση.

Η αναζήτηση μιας Νέας Φυσικής Το Καθιερωμένο Μοντέλο δεν μπορεί να θεωρηθεί η τελική θεωρία των στοιχειωδών σωματιδίων. Πρέπει να είναι μέρος κάποιας βαθύτερης θεωρίας της δομής του μικροκόσμου, του τμήματος που είναι ορατό σε πειράματα σε επιταχυντές σε ενέργειες κάτω από περίπου 1 TeV. Τέτοιες θεωρίες ονομάζονται συλλογικά «Νέα Φυσική» ή «Πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο». Ο κύριος στόχος του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων είναι να πάρει τουλάχιστον τις πρώτες υποδείξεις για το τι είναι αυτή η βαθύτερη θεωρία. Για την περαιτέρω ενοποίηση των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων σε μία θεωρία, χρησιμοποιούνται διάφορες προσεγγίσεις: η θεωρία χορδών, η οποία αναπτύχθηκε στη θεωρία Μ (θεωρία βράνων), η θεωρία της υπερβαρύτητας, η κβαντική βαρύτητα βρόχου, κ.λπ. Ορισμένες από αυτές έχουν εσωτερικά προβλήματα και καμία από αυτές δεν έχει πειραματική επιβεβαίωση. Το πρόβλημα είναι ότι για τη διεξαγωγή των αντίστοιχων πειραμάτων χρειάζονται ενέργειες που είναι ανέφικτες με σύγχρονους επιταχυντές φορτισμένων σωματιδίων. Το LHC θα επιτρέψει πειράματα που προηγουμένως ήταν αδύνατα και πιθανότατα θα επιβεβαιώσει ή θα διαψεύσει ορισμένες από αυτές τις θεωρίες. Έτσι, υπάρχει μια ολόκληρη σειρά φυσικών θεωριών με διαστάσεις μεγαλύτερες από τέσσερις που υποθέτουν την ύπαρξη «υπερσυμμετρίας» - για παράδειγμα, η θεωρία χορδών, η οποία μερικές φορές ονομάζεται θεωρία υπερχορδών ακριβώς επειδή χωρίς υπερσυμμετρία χάνει το φυσικό της νόημα. Η επιβεβαίωση της ύπαρξης υπερσυμμετρίας θα είναι έτσι μια έμμεση επιβεβαίωση της αλήθειας αυτών των θεωριών. Μελέτη των κορυφαίων κουάρκ Το κορυφαίο κουάρκ είναι το βαρύτερο κουάρκ και, επιπλέον, είναι το βαρύτερο στοιχειώδες σωματίδιο που έχει ανακαλυφθεί μέχρι στιγμής. Σύμφωνα με τα τελευταία αποτελέσματα από το Tevatron, η μάζα του είναι 173,1 ± 1,3 GeV/c 2. Λόγω της μεγάλης μάζας του, το κορυφαίο κουάρκ έχει παρατηρηθεί μέχρι στιγμής μόνο σε έναν επιταχυντή - το Tevatron· άλλοι επιταχυντές απλά δεν είχαν αρκετή ενέργεια για τη γέννησή του. Επιπλέον, τα κορυφαία κουάρκ ενδιαφέρουν τους φυσικούς όχι μόνο από μόνα τους, αλλά και ως «εργαλείο» για τη μελέτη του μποζονίου Higgs. Ένα από τα πιο σημαντικά κανάλια για την παραγωγή μποζονίων Higgs στο LHC είναι η συνειρμική παραγωγή μαζί με ένα κορυφαίο ζεύγος κουάρκ-αντικουάρκ. Προκειμένου να διαχωριστούν αξιόπιστα τέτοια γεγονότα από το φόντο, είναι πρώτα απαραίτητο να μελετηθούν οι ιδιότητες των ίδιων των κορυφαίων κουάρκ. Μελετώντας τον μηχανισμό της ηλεκτροασθενούς συμμετρίας Ένας από τους κύριους στόχους του έργου είναι να αποδείξει πειραματικά την ύπαρξη του μποζονίου Higgs, ενός σωματιδίου που προβλέφθηκε από τον Σκωτσέζο φυσικό Peter Higgs το 1964 στο πλαίσιο του Καθιερωμένου Μοντέλου. Το μποζόνιο Higgs είναι ένα κβάντο του λεγόμενου πεδίου Higgs, όταν διέρχεται από το οποίο τα σωματίδια παρουσιάζουν αντίσταση, την οποία αντιπροσωπεύουμε ως διορθώσεις στη μάζα. Το ίδιο το μποζόνιο είναι ασταθές και έχει μεγάλη μάζα (πάνω από 120 GeV/c 2). Στην πραγματικότητα, οι φυσικοί δεν ενδιαφέρονται τόσο για το ίδιο το μποζόνιο Higgs όσο για τον μηχανισμό Higgs για το σπάσιμο της συμμετρίας της ηλεκτροασθενούς αλληλεπίδρασης. Μελέτη πλάσματος κουάρκ-γλουονίου Αναμένεται ότι περίπου ένας μήνας το χρόνο θα περνά στον επιταχυντή στη λειτουργία πυρηνικής σύγκρουσης. Κατά τη διάρκεια αυτού του μήνα, ο επιταχυντής θα επιταχύνει και θα συγκρουστεί όχι πρωτόνια, αλλά πυρήνες μολύβδου στους ανιχνευτές. Κατά τη διάρκεια μιας ανελαστικής σύγκρουσης δύο πυρήνων με υπερσχετιστικές ταχύτητες, σχηματίζεται για μικρό χρονικό διάστημα ένα πυκνό και πολύ θερμό κομμάτι πυρηνικής ύλης και στη συνέχεια αποσυντίθεται. Η κατανόηση των φαινομένων που συμβαίνουν σε αυτή την περίπτωση (η μετάβαση της ύλης στην κατάσταση του πλάσματος κουάρκ-γλουονίου και η ψύξη του) είναι απαραίτητη για την οικοδόμηση μιας πιο προηγμένης θεωρίας ισχυρών αλληλεπιδράσεων, η οποία θα είναι χρήσιμη τόσο για την πυρηνική φυσική όσο και για την αστροφυσική. Η αναζήτηση της υπερσυμμετρίας Το πρώτο σημαντικό επιστημονικό επίτευγμα των πειραμάτων LHC μπορεί να είναι η απόδειξη ή η διάψευση της «υπερσυμμετρίας» - της θεωρίας ότι κάθε στοιχειώδες σωματίδιο έχει έναν πολύ βαρύτερο εταίρο ή «υπερσωματίδιο». Μελέτη των συγκρούσεων φωτονίων-αδρόνιων και φωτονίων-φωτονίων Η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση σωματιδίων περιγράφεται ως η ανταλλαγή (σε ορισμένες περιπτώσεις εικονικών) φωτονίων. Με άλλα λόγια, τα φωτόνια είναι φορείς του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Τα πρωτόνια είναι ηλεκτρικά φορτισμένα και περιβάλλονται από ένα ηλεκτροστατικό πεδίο· κατά συνέπεια, αυτό το πεδίο μπορεί να θεωρηθεί ως ένα νέφος εικονικών φωτονίων. Κάθε πρωτόνιο, ειδικά ένα σχετικιστικό πρωτόνιο, περιλαμβάνει ένα νέφος εικονικών σωματιδίων ως αναπόσπαστο μέρος. Όταν τα πρωτόνια συγκρούονται, τα εικονικά σωματίδια που περιβάλλουν κάθε πρωτόνιο αλληλεπιδρούν επίσης. Μαθηματικά, η διαδικασία της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων περιγράφεται από μια μεγάλη σειρά διορθώσεων, καθεμία από τις οποίες περιγράφει την αλληλεπίδραση μέσω εικονικών σωματιδίων ενός συγκεκριμένου τύπου (βλ.: διαγράμματα Feynman). Έτσι, κατά τη μελέτη των συγκρούσεων πρωτονίων, μελετάται έμμεσα και η αλληλεπίδραση της ύλης με τα φωτόνια υψηλής ενέργειας, που παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον για τη θεωρητική φυσική. Εξετάζεται επίσης μια ειδική κατηγορία αντιδράσεων - η άμεση αλληλεπίδραση δύο φωτονίων, τα οποία μπορούν να συγκρουστούν είτε με ένα επερχόμενο πρωτόνιο, δημιουργώντας τυπικές συγκρούσεις φωτονίου-αδρόνιου, είτε μεταξύ τους. Στο καθεστώς των πυρηνικών συγκρούσεων, λόγω του μεγάλου ηλεκτρικού φορτίου του πυρήνα, η επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών διεργασιών είναι ακόμη πιο σημαντική. Δοκιμή εξωτικών θεωριών Οι θεωρητικοί στα τέλη του 20ου αιώνα πρότειναν έναν τεράστιο αριθμό ασυνήθιστων ιδεών για τη δομή του κόσμου, οι οποίες συλλογικά ονομάζονται «εξωτικά μοντέλα». Αυτά περιλαμβάνουν θεωρίες με ισχυρή βαρύτητα σε ενεργειακή κλίμακα της τάξης του 1 TeV, μοντέλα με μεγάλο αριθμό χωρικών διαστάσεων, μοντέλα preon στα οποία τα ίδια τα κουάρκ και τα λεπτόνια αποτελούνται από σωματίδια, μοντέλα με νέους τύπους αλληλεπίδρασης. Γεγονός είναι ότι τα συσσωρευμένα πειραματικά δεδομένα δεν επαρκούν ακόμα για τη δημιουργία μιας ενιαίας θεωρίας. Και όλες αυτές οι θεωρίες είναι συμβατές με τα διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα. Επειδή αυτές οι θεωρίες μπορούν να κάνουν συγκεκριμένες προβλέψεις για τον LHC, οι πειραματιστές σχεδιάζουν να δοκιμάσουν τις προβλέψεις και να αναζητήσουν ίχνη ορισμένων θεωριών στα δεδομένα τους. Αναμένεται ότι τα αποτελέσματα που θα προκύψουν στον επιταχυντή θα μπορέσουν να περιορίσουν τη φαντασία των θεωρητικών, κλείνοντας κάποιες από τις προτεινόμενες κατασκευές. Άλλα Αναμένεται επίσης ότι θα ανακαλυφθούν φυσικά φαινόμενα πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο. Σχεδιάζεται να μελετηθούν οι ιδιότητες των μποζονίων W και Z, οι πυρηνικές αλληλεπιδράσεις σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες, οι διαδικασίες παραγωγής και η διάσπαση των βαρέων κουάρκ (b και t).

Ο ορισμός του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων είναι ο εξής: ο LHC είναι ένας επιταχυντής φορτισμένων σωματιδίων και δημιουργήθηκε με σκοπό την επιτάχυνση βαρέων ιόντων και πρωτονίων μολύβδου και τη μελέτη των διεργασιών που συμβαίνουν όταν συγκρούονται. Γιατί όμως είναι αυτό απαραίτητο; Αυτό εγκυμονεί κάποιον κίνδυνο; Σε αυτό το άρθρο θα απαντήσουμε σε αυτές τις ερωτήσεις και θα προσπαθήσουμε να καταλάβουμε γιατί χρειάζεται ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων.

Τι είναι το ΒΑΚ

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων είναι μια τεράστια σήραγγα σε σχήμα δακτυλίου. Μοιάζει με μεγάλο σωλήνα που διασκορπίζει σωματίδια. Το LHC βρίσκεται κάτω από το έδαφος της Ελβετίας και της Γαλλίας, σε βάθος 100 μέτρων. Στη δημιουργία του συμμετείχαν επιστήμονες από όλο τον κόσμο.

Σκοπός κατασκευής του:

Βρείτε το μποζόνιο Higgs. Αυτός είναι ο μηχανισμός που δίνει μάζα στα σωματίδια.
Μελέτη των κουάρκ - αυτά είναι θεμελιώδη σωματίδια που αποτελούν μέρος των αδρονίων. Γι' αυτό και το όνομα του επιταχυντή είναι «άδρον».

Πολλοί πιστεύουν ότι ο LHC είναι ο μόνος επιταχυντής στον κόσμο. Αλλά αυτό απέχει πολύ από το να είναι αλήθεια. Από τη δεκαετία του '50 του 20ου αιώνα, έχουν κατασκευαστεί δεκάδες παρόμοιοι επιταχυντές σε όλο τον κόσμο. Αλλά ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων θεωρείται η μεγαλύτερη δομή, το μήκος του είναι 25,5 χιλιόμετρα. Επιπλέον, περιλαμβάνει άλλο ένα γκάζι, μικρότερο σε μέγεθος.

Μέσα για τον LHC

Από τότε που δημιουργήθηκε ο επιταχυντής, ένας τεράστιος αριθμός άρθρων έχει εμφανιστεί στα μέσα ενημέρωσης σχετικά με τους κινδύνους και το υψηλό κόστος του επιταχυντή. Η πλειονότητα των ανθρώπων πιστεύει ότι τα χρήματα είναι χαμένα· δεν μπορούν να καταλάβουν γιατί πρέπει να ξοδέψουν τόσα χρήματα και προσπάθεια αναζητώντας κάποιο σωματίδιο.

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων δεν είναι το πιο ακριβό επιστημονικό έργο στην ιστορία.
Ο κύριος στόχος αυτής της εργασίας είναι το μποζόνιο Higgs, για την ανακάλυψη του οποίου δημιουργήθηκε ο επιταχυντής drone. Τα αποτελέσματα αυτής της ανακάλυψης θα φέρουν πολλές επαναστατικές τεχνολογίες στην ανθρωπότητα. Άλλωστε και η εφεύρεση του κινητού χαιρετίστηκε κάποτε αρνητικά.

Αρχή λειτουργίας της δεξαμενής

Ας δούμε πώς μοιάζει το έργο ενός επιταχυντή αδρονίων. Προσκρούει δέσμες σωματιδίων σε υψηλές ταχύτητες και στη συνέχεια παρακολουθεί τις επακόλουθες αλληλεπιδράσεις και τη συμπεριφορά τους. Κατά κανόνα, μια δέσμη σωματιδίων επιταχύνεται πρώτα στον βοηθητικό δακτύλιο και μετά αποστέλλεται στον κύριο δακτύλιο.

Μέσα στον επιταχυντή, τα σωματίδια συγκρατούνται στη θέση τους από πολλούς ισχυρούς μαγνήτες. Δεδομένου ότι η σύγκρουση των σωματιδίων συμβαίνει σε κλάσματα δευτερολέπτου, η κίνησή τους καταγράφεται από όργανα υψηλής ακρίβειας.

Ο οργανισμός που χειρίζεται τον επιταχυντή είναι το CERN. Ήταν αυτή που, στις 4 Ιουλίου 2012, μετά από τεράστιες οικονομικές επενδύσεις και δουλειά, ανακοίνωσε επίσημα ότι βρέθηκε το μποζόνιο Χιγκς.

Γιατί χρειάζεται ο LHC;

Τώρα είναι απαραίτητο να καταλάβουμε τι δίνει ο LHC στους απλούς ανθρώπους και γιατί χρειάζεται ο επιταχυντής αδρονίων.

Οι ανακαλύψεις που σχετίζονται με το μποζόνιο Higgs και η μελέτη των κουάρκ μπορεί τελικά να οδηγήσουν σε ένα νέο κύμα επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου.

Σε γενικές γραμμές, η μάζα είναι ενέργεια σε ηρεμία, πράγμα που σημαίνει ότι στο μέλλον είναι δυνατή η μετατροπή της ύλης σε ενέργεια. Και, επομένως, δεν θα υπάρξουν προβλήματα με την ενέργεια και θα εμφανιστεί η πιθανότητα διαστρικών ταξιδιών.
Στο μέλλον, η μελέτη της κβαντικής βαρύτητας θα καταστήσει δυνατό τον έλεγχο της βαρύτητας.
Αυτό καθιστά δυνατή τη λεπτομερέστερη μελέτη της θεωρίας Μ, η οποία ισχυρίζεται ότι το σύμπαν περιλαμβάνει 11 διαστάσεις. Αυτή η μελέτη θα μας επιτρέψει να κατανοήσουμε καλύτερα τη δομή του Σύμπαντος.

Σχετικά με τον τραβηγμένο κίνδυνο του επιταχυντή αδρονίων

Κατά κανόνα, οι άνθρωποι φοβούνται κάθε τι νέο. Ο Επιταχυντής Αδρονίων εγείρει επίσης τις ανησυχίες τους. Ο κίνδυνος του είναι τραβηγμένος και τροφοδοτείται στα μέσα ενημέρωσης από ανθρώπους που δεν έχουν παιδεία στις φυσικές επιστήμες.

Αδρόνια συγκρούονται στον LHC και όχι μποζόνια, όπως γράφουν ορισμένοι δημοσιογράφοι, τρομάζοντας τον κόσμο.
Τέτοιες συσκευές λειτουργούν εδώ και πολλές δεκαετίες και δεν βλάπτουν, αλλά ωφελούν την επιστήμη.
Η ιδέα των συγκρούσεων πρωτονίων υψηλής ενέργειας που θα μπορούσαν να δημιουργήσουν μαύρες τρύπες διαψεύδεται από την κβαντική θεωρία της βαρύτητας.
Μόνο ένα αστέρι 3 φορές τη μάζα του ήλιου μπορεί να καταρρεύσει σε μια μαύρη τρύπα. Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν τέτοιες μάζες στο ηλιακό σύστημα, δεν υπάρχει πουθενά να προκύψει μαύρη τρύπα.
Λόγω του βάθους στο οποίο βρίσκεται ο επιταχυντής υπόγεια, η ακτινοβολία του δεν αποτελεί κίνδυνο.

Μάθαμε τι είναι ο LHC και τι είναι ο επιταχυντής αδρονίων και συνειδητοποιήσαμε ότι δεν πρέπει να το φοβόμαστε, αλλά μάλλον να περιμένουμε ανακαλύψεις που μας υπόσχονται μεγάλη τεχνική πρόοδο.

Φέτος, οι επιστήμονες σχεδιάζουν να αναπαράγουν σε ένα πυρηνικό εργαστήριο εκείνες τις μακρινές παρθένες συνθήκες όταν δεν υπήρχαν πρωτόνια και νετρόνια, αλλά ένα συνεχές πλάσμα κουάρκ-γλουονίων. Με άλλα λόγια, οι ερευνητές ελπίζουν να δουν τον κόσμο των στοιχειωδών σωματιδίων καθώς ήταν μόνο ένα κλάσμα μικροδευτερόλεπτων μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, δηλαδή μετά το σχηματισμό του Σύμπαντος. Το πρόγραμμα ονομάζεται «Πώς ξεκίνησαν όλα». Επιπλέον, για περισσότερα από 30 χρόνια, έχουν χτιστεί θεωρίες στον επιστημονικό κόσμο για να εξηγήσουν την παρουσία μάζας σε στοιχειώδη σωματίδια. Ένα από αυτά υποδηλώνει την ύπαρξη του μποζονίου Higgs. Αυτό το στοιχειώδες σωματίδιο ονομάζεται επίσης θεϊκό. Όπως είπε ένας από τους υπαλλήλους του CERN, «έχοντας πιάσει τα ίχνη του μποζονίου Χιγκς, θα έρθω στη γιαγιά μου και θα πω: κοίτα, σε παρακαλώ, εξαιτίας αυτού του μικρού πράγματος έχεις τόσα περιττά κιλά». Αλλά η ύπαρξη του μποζονίου δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί πειραματικά: όλες οι ελπίδες βρίσκονται στον επιταχυντή LHC.

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων είναι ένας επιταχυντής σωματιδίων που θα επιτρέψει στους φυσικούς να διεισδύσουν βαθύτερα στην ύλη από ποτέ. Η ουσία της εργασίας στον επιταχυντή είναι να μελετήσει τη σύγκρουση δύο δεσμών πρωτονίων με συνολική ενέργεια 14 TeV ανά πρωτόνιο. Αυτή η ενέργεια είναι εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια που απελευθερώνεται σε μία πράξη θερμοπυρηνικής σύντηξης. Επιπλέον, θα γίνουν πειράματα με πυρήνες μολύβδου που συγκρούονται σε ενέργεια 1150 TeV.

Ο επιταχυντής LHC θα προσφέρει ένα νέο βήμα σε μια σειρά ανακαλύψεων σωματιδίων που ξεκίνησαν πριν από έναν αιώνα. Εκείνη την εποχή, οι επιστήμονες είχαν μόλις ανακαλύψει κάθε είδους μυστηριώδεις ακτίνες: ακτίνες Χ, καθοδική ακτινοβολία. Από πού προέρχονται, είναι η καταγωγή τους της ίδιας φύσης και, αν ναι, ποια είναι;
Σήμερα έχουμε απαντήσεις σε ερωτήσεις που μας επιτρέπουν να κατανοήσουμε πολύ καλύτερα την προέλευση του Σύμπαντος. Ωστόσο, στις αρχές του 21ου αιώνα, βρισκόμαστε αντιμέτωποι με νέα ερωτήματα, τις απαντήσεις στις οποίες οι επιστήμονες ελπίζουν να λάβουν με τη βοήθεια του επιταχυντή LHC. Και ποιος ξέρει ποιους νέους τομείς της ανθρώπινης γνώσης θα συνεπάγεται η επερχόμενη έρευνα. Στο μεταξύ, οι γνώσεις μας για το Σύμπαν είναι ανεπαρκείς.

Το αντεπιστέλλον μέλος της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών από το Ινστιτούτο Φυσικής Υψηλής Ενέργειας Σεργκέι Ντενίσοφ σχολιάζει:
- Πολλοί Ρώσοι φυσικοί συμμετέχουν σε αυτόν τον επιταχυντή, οι οποίοι εναποθέτουν ορισμένες ελπίδες στις ανακαλύψεις που μπορούν να συμβούν εκεί. Το κύριο γεγονός που μπορεί να συμβεί είναι η ανακάλυψη του λεγόμενου υποθετικού σωματιδίου Χιγκς (ο Πίτερ Χιγκς είναι ένας εξαιρετικός Σκωτσέζος φυσικός.). Ο ρόλος αυτού του σωματιδίου είναι εξαιρετικά σημαντικός. Είναι υπεύθυνος για το σχηματισμό της μάζας άλλων στοιχειωδών σωματιδίων. Αν ανακαλυφθεί ένα τέτοιο σωματίδιο, θα είναι η μεγαλύτερη ανακάλυψη. Θα επιβεβαίωνε το λεγόμενο Καθιερωμένο Μοντέλο, το οποίο χρησιμοποιείται πλέον ευρέως για να περιγράψει όλες τις διαδικασίες στον μικρόκοσμο. Μέχρι να ανακαλυφθεί αυτό το σωματίδιο, αυτό το μοντέλο δεν μπορεί να θεωρηθεί πλήρως τεκμηριωμένο και επιβεβαιωμένο. Αυτό είναι, φυσικά, το πρώτο πράγμα που περιμένουν οι επιστήμονες από αυτόν τον επιταχυντή (LHC).
Αν και, σε γενικές γραμμές, κανείς δεν θεωρεί ότι αυτό το Καθιερωμένο Μοντέλο είναι η απόλυτη αλήθεια. Και, πιθανότατα, σύμφωνα με τους περισσότερους θεωρητικούς, είναι μια προσέγγιση ή, μερικές φορές λένε, μια «προσέγγιση χαμηλής ενέργειας» σε μια γενικότερη θεωρία, η οποία περιγράφει τον κόσμο σε αποστάσεις εκατομμύριο φορές μικρότερες από το μέγεθος των πυρήνων. Είναι σαν η θεωρία του Νεύτωνα να είναι μια «προσέγγιση χαμηλής ενέργειας» στη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Το δεύτερο σημαντικό καθήκον που σχετίζεται με τον επιταχυντή είναι να προσπαθήσουμε να προχωρήσουμε πέρα από τα όρια αυτού του ίδιου του Καθιερωμένου Μοντέλου, δηλαδή να κάνουμε τη μετάβαση σε νέα χωροχρονικά διαστήματα.

Οι φυσικοί θα μπορούν να καταλάβουν προς ποια κατεύθυνση πρέπει να κινηθούν για να οικοδομήσουν μια πιο όμορφη και πιο Γενική θεωρία της φυσικής, που θα ισοδυναμεί με τόσο μικρά χωροχρονικά διαστήματα. Οι διαδικασίες που μελετώνται εκεί ουσιαστικά αναπαράγουν τη διαδικασία σχηματισμού του Σύμπαντος, όπως λένε, «τη στιγμή του Big Bang». Φυσικά, αυτό είναι για όσους πιστεύουν σε αυτή τη θεωρία ότι το Σύμπαν δημιουργήθηκε με αυτόν τον τρόπο: μια έκρηξη, και στη συνέχεια διεργασίες σε υπερ-υψηλές ενέργειες. Το ταξίδι στο χρόνο που συζητείται μπορεί να σχετίζεται με αυτό το Big Bang.
Όπως και να έχει, ο LHC είναι μια αρκετά σοβαρή πρόοδος στα βάθη του μικροκόσμου. Επομένως, μπορεί να ανοίξουν εντελώς απροσδόκητα πράγματα. Θα πω ένα πράγμα: εντελώς νέες ιδιότητες του χώρου και του χρόνου μπορούν να ανακαλυφθούν στο LHC. Προς ποια κατεύθυνση θα ανοίξουν είναι δύσκολο να πούμε τώρα. Το κύριο πράγμα είναι να ξεπεράσουμε όλο και περισσότερο.

Αναφορά

Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικής Έρευνας (CERN) είναι το μεγαλύτερο ερευνητικό κέντρο στον κόσμο στον τομέα της σωματιδιακής φυσικής. Μέχρι σήμερα, ο αριθμός των χωρών που συμμετέχουν έχει αυξηθεί σε 20. Περίπου 7.000 επιστήμονες που εκπροσωπούν 500 ερευνητικά κέντρα και πανεπιστήμια χρησιμοποιούν πειραματικό εξοπλισμό του CERN. Παρεμπιπτόντως, το Ρωσικό Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής SB RAS συμμετείχε επίσης άμεσα στις εργασίες για τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων. Οι ειδικοί μας είναι απασχολημένοι αυτήν τη στιγμή με την εγκατάσταση και τη δοκιμή εξοπλισμού που αναπτύχθηκε και κατασκευάστηκε στη Ρωσία για αυτόν τον επιταχυντή. Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων αναμένεται να ξεκινήσει τον Μάιο του 2008. Όπως το είπε η Λιν Έβανς, επικεφαλής του έργου, από το γκάζι λείπει μόνο ένα μέρος - ένα μεγάλο κόκκινο κουμπί.

Πώς λειτουργεί ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων

Ο επιταχυντής LHC θα λειτουργεί με βάση το φαινόμενο υπεραγωγιμότητας, δηλ. την ικανότητα ορισμένων υλικών να μεταφέρουν ηλεκτρισμό χωρίς αντίσταση ή απώλεια ενέργειας, συνήθως σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Για να διατηρηθεί η δέσμη των σωματιδίων στην κυκλική της τροχιά, απαιτούνται ισχυρότερα μαγνητικά πεδία από αυτά που χρησιμοποιήθηκαν προηγουμένως σε άλλους επιταχυντές του CERN.

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων, ένας επιταχυντής πρωτονίων που κατασκευάστηκε στην Ελβετία και τη Γαλλία, δεν έχει ανάλογο στον κόσμο. Αυτή η δακτυλιοειδής κατασκευή μήκους 27 χιλιομέτρων χτίστηκε σε βάθος 100 μέτρων.

Σε αυτό, χρησιμοποιώντας 120 ισχυρούς ηλεκτρομαγνήτες σε θερμοκρασία κοντά στο απόλυτο μηδέν - μείον 271,3 βαθμούς Κελσίου, σχεδιάζεται να επιταχύνει τις συγκρουόμενες δέσμες πρωτονίων κοντά στην ταχύτητα του φωτός (99,9 τοις εκατό).Ωστόσο, σε ορισμένα σημεία οι διαδρομές τους θα διασταυρωθούν, κάτι που θα επιτρέψει στα πρωτόνια να συγκρουστούν. Αρκετές χιλιάδες υπεραγώγιμοι μαγνήτες θα οδηγήσουν τα σωματίδια.Όταν υπάρχει αρκετή ενέργεια, τα σωματίδια θα συγκρουστούν, δημιουργώντας έτσι ένα μοντέλο Big Bang.Χιλιάδες αισθητήρες θα καταγράψουν τη στιγμή της σύγκρουσης. Οι συνέπειες των συγκρούσεων πρωτονίων θα γίνουν το κύριο θέμα της μελέτης του κόσμου. [ http://dipland.ru /Cybernetics/Large_andron_collider_92988]

Προδιαγραφές

Ο επιταχυντής υποτίθεται ότι συγκρούεται πρωτόνια με συνολική ενέργεια 14 TeV (δηλαδή 14 teraηλεκτρονιοβολτ ή 14·1012 ηλεκτρονβολτ) σεκέντρο μάζας συστήματος προσπίπτοντα σωματίδια, καθώς και πυρήνεςοδηγω με ενέργεια 5 GeV (5 109 ηλεκτρον βολτ) για κάθε ζεύγος σύγκρουσηςνουκλεόνια Στις αρχές του 2010 Ο LHC έχει ήδη ξεπεράσει ελαφρώς τον προηγούμενο κάτοχο ρεκόρ σε ενέργεια πρωτονίων - τον επιταχυντή πρωτονίων-αντιπρωτονίων Tevatron , ο οποίος μέχρι το τέλος του 2011 εργαζόταν σεΕθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή. Ενρίκο Φέρμι(ΗΠΑ ). Παρά το γεγονός ότι η εγκατάσταση του εξοπλισμού συνεχίζεται εδώ και χρόνια και δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί, ο LHC έχει ήδη γίνει ο επιταχυντής σωματιδίων υψηλότερης ενέργειας στον κόσμο, υπερβαίνοντας την ενέργεια άλλων επιταχυντών κατά τάξη μεγέθους, όπως ο Σχετικιστικός Επιταχυντής Βαρέων Ιόντων RHIC, που λειτουργεί σε Εργαστήριο Brookhaven(ΗΠΑ).

Ανιχνευτές

Το LHC διαθέτει 4 κύριους και 3 βοηθητικούς ανιχνευτές:

· ΑΛΙΚΗ (A Large Ion Collider Experiment)

ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus)

CMS (Compact Muon Solenoid)

LHCb (Το πείραμα ομορφιάς του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων)

ΤΟΤΕΜ (ΣΥΝΟΛΙΚΗ μέτρηση ελαστικής και διαθλαστικής διατομής)

LHCf (Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων προς τα εμπρός)

MOEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC).

Ανιχνευτής CMS

Οι ανιχνευτές ATLAS και CMS είναι ανιχνευτές γενικής χρήσης που έχουν σχεδιαστεί για την αναζήτηση του μποζονίου Higgs και της «μη τυπικής φυσικής», ειδικότερασκοτεινή ύλη , ALICE - για μελέτηπλάσμα κουάρκ-γλουονίου σε συγκρούσεις βαρέων ιόντων μολύβδου, LHCb - για έρευνα στη φυσικήσι-κουάρκ , που θα μας επιτρέψει να κατανοήσουμε καλύτερα τις διαφορές μεταξύύλη και αντιύλη , TOTEM - σχεδιασμένο για να μελετά τη σκέδαση σωματιδίων σε μικρές γωνίες, όπως αυτό που συμβαίνει κατά τη διάρκεια κοντινών πτήσεων χωρίς συγκρούσεις (τα λεγόμενα μη συγκρουόμενα σωματίδια, μπροστινά σωματίδια), γεγονός που καθιστά δυνατή την ακριβέστερη μέτρηση του μεγέθους των πρωτονίων, καθώς και έλεγχος της φωτεινότητας του επιταχυντή, και, τέλος, LHCf - για έρευνακοσμικές ακτίνες , μοντελοποιημένο χρησιμοποιώντας τα ίδια μη συγκρουόμενα σωματίδια.

Κατανάλωση ενέργειας

Κατά τη λειτουργία του επιταχυντή, η εκτιμώμενη κατανάλωση ενέργειας θα είναι 180 M W . Εκτιμώμενη συνολική κατανάλωση ενέργειας CERN για το 2009, λαμβάνοντας υπόψη τον επιταχυντή λειτουργίας - 1000 GWh, εκ των οποίων οι 700 GWh θα αντιστοιχούν στον επιταχυντή. Αυτά τα ενεργειακά κόστη είναι περίπου το 10% της συνολικής ετήσιας κατανάλωσης ενέργειαςΚαντόνι της Γενεύης . Το ίδιο το CERN δεν παράγει ενέργεια, έχοντας μόνο απόθεμαγεννήτριες ντίζελ.[ http://ru.wikipedia.org/wiki/ ]

Ίσως, σε λίγα χρόνια, το Διαδίκτυο θα δώσει τη θέση του σε μια νέα, βαθύτερη ενοποίηση απομακρυσμένων υπολογιστών, επιτρέποντας όχι μόνο την απομακρυσμένη μεταφορά πληροφοριών που βρίσκονται σε διάφορα μέρη του κόσμου, αλλά και την αυτόματη χρήση πόρων απομακρυσμένων υπολογιστών. Σε σχέση με την εκτόξευση του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων, το CERN εργάζεται εδώ και αρκετά χρόνια για τη δημιουργία ενός τέτοιου δικτύου.

Είναι εδώ και πολύ καιρό γεγονός ότι το Διαδίκτυο (ή αυτό που αναφέρεται ως Ιστός) επινοήθηκε από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικής Έρευνας (CERN). Υπάρχει πάντα ένα πλήθος θεατών γύρω από την επιγραφή «Ο Παγκόσμιος Ιστός δημιουργήθηκε σε αυτούς τους διαδρόμους» σε έναν από τους συνηθισμένους διαδρόμους ενός συνηθισμένου κτιρίου του CERN κατά τη διάρκεια μιας ανοιχτής ημέρας. Τώρα το Διαδίκτυο χρησιμοποιείται για τις πρακτικές τους ανάγκες από ανθρώπους σε όλο τον κόσμο και αρχικά δημιουργήθηκε έτσι ώστε οι επιστήμονες που εργάζονται στο ίδιο έργο, αλλά βρίσκονται σε διαφορετικά μέρη του πλανήτη, να μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους, να μοιράζονται δεδομένα, να δημοσιεύουν πληροφορίες που θα μπορούσε να προσπελαστεί για να αποκτήσει πρόσβαση εξ αποστάσεως.

Το σύστημα GRID αναπτύσσεται στο CERN (στα αγγλικά grid - lattice, network) είναι ένα ακόμη βήμα προς τα εμπρός, ένα νέο στάδιο στην ενσωμάτωση των χρηστών υπολογιστών.

Όχι μόνο καθιστά δυνατή τη δημοσίευση δεδομένων που βρίσκονται κάπου αλλού στον πλανήτη, αλλά και τη χρήση πόρων απομακρυσμένου μηχανήματος χωρίς να φύγετε από τη θέση σας.

Φυσικά, οι απλοί υπολογιστές δεν παίζουν ιδιαίτερο ρόλο στην παροχή υπολογιστικής ισχύος, επομένως το πρώτο στάδιο ολοκλήρωσης είναι η σύνδεση των κέντρων υπερυπολογιστών του κόσμου.

Η δημιουργία αυτού του συστήματος προκλήθηκε από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων. Αν και το GRID χρησιμοποιείται ήδη για μια σειρά από άλλες εργασίες, χωρίς τον επιταχυντή δεν θα υπήρχε, και αντίστροφα, χωρίς την επεξεργασία GRID τα αποτελέσματα του επιταχυντή είναι αδύνατη.

Χάρτης διακομιστή GRID //

Οι άνθρωποι που εργάζονται σε συνεργασίες LHC βρίσκονται σε διάφορα μέρη του κόσμου. Είναι γνωστό ότι σε αυτήν τη συσκευή δεν εργάζονται μόνο οι Ευρωπαίοι, αλλά και οι 20 χώρες - επίσημοι συμμετέχοντες του CERN, περίπου 35 χώρες συνολικά. Θεωρητικά, για να εξασφαλιστεί η λειτουργία του LHC, υπήρχε μια εναλλακτική λύση στο GRID - η επέκταση των υπολογιστικών πόρων του ίδιου του κέντρου υπολογιστών CERN. Αλλά οι πόροι που ήταν διαθέσιμοι τη στιγμή που τέθηκε το πρόβλημα ήταν εντελώς ανεπαρκείς για την προσομοίωση της λειτουργίας του επιταχυντή, την αποθήκευση πληροφοριών από τα πειράματά του και την επιστημονική επεξεργασία του. Ως εκ τούτου, το κέντρο υπολογιστών θα πρέπει να ανακατασκευαστεί και να εκσυγχρονιστεί πολύ σημαντικά, αγοράζοντας περισσότερους υπολογιστές και εγκαταστάσεις αποθήκευσης δεδομένων. Αυτό όμως θα σήμαινε ότι όλη η χρηματοδότηση θα συγκεντρωθεί στο CERN. Αυτό δεν ήταν πολύ αποδεκτό για χώρες που βρίσκονται μακριά από το CERN. Φυσικά, δεν τους ενδιέφερε να χρηματοδοτήσουν πόρους που θα ήταν πολύ δύσκολο να χρησιμοποιηθούν και μάλλον έτειναν να αυξήσουν τις δυνατότητες υπολογιστών και μηχανών τους. Ως εκ τούτου, γεννήθηκε η ιδέα να χρησιμοποιηθούν οι πόροι όπου βρίσκονται.

Μην προσπαθήσετε να συγκεντρώσετε τα πάντα σε ένα μέρος, αλλά συνδυάστε αυτό που ήδη υπάρχει σε διάφορα μέρη του πλανήτη.

(ή ΑΡΜΑ ΜΑΧΗΣ)- αυτή τη στιγμή ο μεγαλύτερος και ισχυρότερος επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο. Αυτός ο κολοσσός κυκλοφόρησε το 2008, αλλά για μεγάλο χρονικό διάστημα λειτούργησε με μειωμένη χωρητικότητα. Ας καταλάβουμε τι είναι και γιατί χρειαζόμαστε έναν μεγάλο επιταχυντή αδρονίων.

Ιστορία, μύθοι και γεγονότα

Η ιδέα της δημιουργίας ενός επιταχυντή ανακοινώθηκε το 1984. Και το έργο για την κατασκευή του ίδιου του επιταχυντή εγκρίθηκε και εγκρίθηκε ήδη το 1995. Η ανάπτυξη ανήκει στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικής Έρευνας (CERN). Γενικά, η εκτόξευση του επιταχυντή τράβηξε μεγάλη προσοχή όχι μόνο από επιστήμονες, αλλά και από απλούς ανθρώπους από όλο τον κόσμο. Μίλησαν για κάθε είδους φόβους και φρίκη που συνδέονται με την εκτόξευση του επιταχυντή.

Ωστόσο, κάποιος ακόμα και τώρα, πολύ πιθανόν, περιμένει μια αποκάλυψη που σχετίζεται με το έργο του LHC και σκάει στη σκέψη του τι θα συμβεί αν εκραγεί ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων. Αν και, πρώτα απ 'όλα, όλοι φοβόντουσαν μια μαύρη τρύπα, η οποία, στην αρχή μικροσκοπική, θα μεγάλωνε και θα απορροφούσε με ασφάλεια πρώτα τον ίδιο τον επιταχυντή και μετά την Ελβετία και τον υπόλοιπο κόσμο. Μεγάλο πανικό προκάλεσε και η αφανιστική καταστροφή. Μια ομάδα επιστημόνων κατέθεσε ακόμη και μήνυση σε μια προσπάθεια να σταματήσει την κατασκευή. Η δήλωση ανέφερε ότι οι συστάδες αντιύλης που μπορούν να παραχθούν στον επιταχυντή θα αρχίσουν να εκμηδενίζονται με την ύλη, ξεκινώντας μια αλυσιδωτή αντίδραση και ολόκληρο το Σύμπαν θα καταστραφεί. Όπως είπε ο διάσημος χαρακτήρας από το Back to the Future:

Ολόκληρο το Σύμπαν, φυσικά, είναι στο χειρότερο σενάριο. Στην καλύτερη περίπτωση, μόνο ο γαλαξίας μας. Ο Δρ Έμετ Μπράουν.

Τώρα ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε γιατί είναι αδρονικό; Το γεγονός είναι ότι λειτουργεί με αδρόνια, ή μάλλον επιταχύνει, επιταχύνει και συγκρούεται με αδρόνια.

Αδρόνια– μια κατηγορία στοιχειωδών σωματιδίων που υπόκεινται σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Τα αδρόνια αποτελούνται από κουάρκ.

Τα αδρόνια χωρίζονται σε βαρυόνια και μεσόνια. Για να το κάνουμε πιο εύκολο, ας πούμε ότι σχεδόν όλη η ύλη που είναι γνωστή σε εμάς αποτελείται από βαρυόνια. Ας το απλοποιήσουμε ακόμα περισσότερο και ας πούμε ότι τα βαρυόνια είναι νουκλεόνια (πρωτόνια και νετρόνια που αποτελούν τον ατομικό πυρήνα).

Πώς λειτουργεί ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων

Η κλίμακα είναι πολύ εντυπωσιακή. Ο επιταχυντής είναι μια κυκλική σήραγγα που βρίσκεται υπόγεια σε βάθος εκατό μέτρων. Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων έχει μήκος 26.659 μέτρα. Τα πρωτόνια, επιταχυνόμενα σε ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός, πετούν σε έναν υπόγειο κύκλο σε όλη την επικράτεια της Γαλλίας και της Ελβετίας. Για την ακρίβεια, το βάθος της σήραγγας κυμαίνεται από 50 έως 175 μέτρα. Οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες χρησιμοποιούνται για να εστιάζουν και να περιέχουν δέσμες ιπτάμενων πρωτονίων· το συνολικό τους μήκος είναι περίπου 22 χιλιόμετρα και λειτουργούν σε θερμοκρασία -271 βαθμούς Κελσίου.

Ο επιταχυντής περιλαμβάνει 4 γιγάντιους ανιχνευτές: ATLAS, CMS, ALICE και LHCb. Εκτός από τους κύριους μεγάλους ανιχνευτές, υπάρχουν και βοηθητικοί. Οι ανιχνευτές έχουν σχεδιαστεί για να καταγράφουν τα αποτελέσματα των συγκρούσεων σωματιδίων. Δηλαδή, μετά τη σύγκρουση δύο πρωτονίων με ταχύτητες σχεδόν φωτός, κανείς δεν ξέρει τι να περιμένει. Για να «δούμε» τι συνέβη, πού αναπήδησε και πόσο μακριά πέταξε, υπάρχουν ανιχνευτές γεμάτοι με κάθε είδους αισθητήρες.

Αποτελέσματα του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων.

Γιατί χρειάζεστε έναν επιταχυντή; Λοιπόν, σίγουρα όχι για να καταστρέψουμε τη Γη. Φαίνεται, ποιο είναι το νόημα της σύγκρουσης σωματιδίων; Το γεγονός είναι ότι υπάρχουν πολλά αναπάντητα ερωτήματα στη σύγχρονη φυσική και η μελέτη του κόσμου με τη βοήθεια επιταχυνόμενων σωματιδίων μπορεί κυριολεκτικά να ανοίξει ένα νέο στρώμα πραγματικότητας, να κατανοήσει τη δομή του κόσμου και ίσως ακόμη και να απαντήσει στην κύρια ερώτηση του «Το νόημα της ζωής, το Σύμπαν και γενικά».

Ποιες ανακαλύψεις έχουν ήδη γίνει στο LHC; Το πιο διάσημο είναι η ανακάλυψη μποζόνιο Χιγκς(θα του αφιερώσουμε ξεχωριστό άρθρο). Επιπλέον, ήταν ανοιχτά 5 νέα σωματίδια, ελήφθησαν τα πρώτα δεδομένα για συγκρούσεις σε ενέργειες ρεκόρ, φαίνεται η απουσία ασυμμετρίας πρωτονίων και αντιπρωτονίων, ανακαλύφθηκαν ασυνήθιστες συσχετίσεις πρωτονίων. Η λίστα συνεχίζεται για πολύ καιρό. Όμως οι μικροσκοπικές μαύρες τρύπες που τρομοκρατούσαν τις νοικοκυρές δεν μπορούσαν να εντοπιστούν.

Και αυτό παρά το γεγονός ότι ο επιταχυντής δεν έχει ακόμη επιταχυνθεί στη μέγιστη ισχύ του. Επί του παρόντος η μέγιστη ενέργεια του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων είναι 13 TeV(tera electron-Volt). Ωστόσο, μετά από κατάλληλη προετοιμασία, σχεδιάζεται να επιταχυνθούν τα πρωτόνια 14 TeV. Για σύγκριση, στους επιταχυντές-πρόδρομους του LHC, οι μέγιστες λαμβανόμενες ενέργειες δεν ξεπέρασαν 1 TeV. Έτσι θα μπορούσε ο αμερικανικός επιταχυντής Tevatron από το Ιλινόις να επιταχύνει τα σωματίδια. Η ενέργεια που επιτυγχάνεται στον επιταχυντή απέχει πολύ από την υψηλότερη στον κόσμο. Έτσι, η ενέργεια των κοσμικών ακτίνων που ανιχνεύονται στη Γη υπερβαίνει την ενέργεια ενός σωματιδίου που επιταχύνεται σε έναν επιταχυντή κατά ένα δισεκατομμύριο φορές! Έτσι, ο κίνδυνος του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων είναι ελάχιστος. Είναι πιθανό ότι αφού ληφθούν όλες οι απαντήσεις χρησιμοποιώντας τον LHC, η ανθρωπότητα θα πρέπει να κατασκευάσει έναν άλλο ισχυρότερο επιταχυντή.

Φίλοι, αγαπήστε την επιστήμη και σίγουρα θα σας αγαπήσει! Και μπορούν εύκολα να σας βοηθήσουν να ερωτευτείτε την επιστήμη. οι συγγραφείς μας. Ζητήστε βοήθεια και αφήστε τις σπουδές σας να σας φέρουν χαρά!