De ce avem nevoie de un colisionator de hadron? Pentru ce servește Large Hadron Collider? Hadron Collider: lansare. De ce este nevoie de Large Hadron Collider și unde se află? Unde este ciocnitorul

Abreviat LHC (Large Hadron Collider, abreviat ca LHC) este un accelerator de particule încărcate care utilizează fascicule care se ciocnesc, conceput pentru a accelera protonii și ionii grei (ionii de plumb) și pentru a studia produsele coliziunilor lor. Civizorul a fost construit la CERN (Consiliul European pentru Cercetare Nucleară), situat lângă Geneva, la granița dintre Elveția și Franța. LHC este cea mai mare unitate experimentală din lume. Peste 10 mii de oameni de știință și ingineri din peste 100 de țări au participat și participă la construcții și cercetare.

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

Specificații BAK

Acceleratorul ar trebui să ciocnească protoni cu o energie totală de 14 TeV (adică 14 teraelectronvolți sau 14·1012 electronvolți) în sistemul centrului de masă al particulelor incidente, precum și nucleele de plumb cu o energie de 5 GeV. (5·109 electronvolți) pentru fiecare pereche de nucleoni care se ciocnesc. La începutul anului 2010, LHC-ul depășise deja puțin pe precedentul deținător al recordului de energie protonică - ciocnitorul proton-antiproton Tevatron, care până la sfârșitul anului 2011 a funcționat la Laboratorul Național de Accelerator. Enrico Fermi (SUA). În ciuda faptului că instalarea echipamentului durează de ani de zile și nu a fost încă finalizată, LHC a devenit deja acceleratorul de particule cu cea mai mare energie din lume, depășind cu un ordin de mărime în energie pe alți colisionare, inclusiv ciocnitorul de ioni grei relativist RHIC, care funcționează la Brookhaven Laboratory (SUA).

Luminozitatea LHC în primele săptămâni de funcționare nu a fost mai mare de 1029 particule/cm 2 s, cu toate acestea, aceasta continuă să crească constant. Scopul este de a obține o luminozitate nominală de 1,7 × 1034 particule/cm 2 s, care este același ordin de mărime ca și luminozitățile BaBar (SLAC, SUA) și Belle (KEK, Japonia).

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

Detectoare BAK

LHC are 4 detectoare principale și 3 auxiliare:

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

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

Detectoarele ATLAS și CMS sunt detectoare de uz general concepute pentru a căuta bosonul Higgs și „fizica non-standard”, în special materia întunecată, ALICE - pentru a studia plasma cuarc-gluon în ciocnirile ionilor grei de plumb, LHCb - pentru a studia fizica a cuarcilor b, care va permite o mai bună înțelegere a diferențelor dintre materie și antimaterie, TOTEM este conceput pentru a studia împrăștierea particulelor la unghiuri mici, cum ar fi ceea ce se întâmplă în timpul zborurilor apropiate fără ciocniri (așa-numitele particule care nu se ciocnesc, înainte particule), ceea ce face posibilă măsurarea mai precisă a mărimii protonilor, precum și controlul luminozității ciocnitorului și, în sfârșit, LHCf - pentru studiul razelor cosmice, modelat folosind aceleași particule care nu se ciocnesc.

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

În timpul funcționării ciocnitorului, coliziunile au loc simultan în toate cele patru puncte de intersecție ale fasciculelor, indiferent de tipul de particule accelerate (protoni sau nuclee). În acest caz, toți detectoarele colectează simultan statistici.

Accelerația particulelor într-un colisionator

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

Energia cinetică a tuturor mănunchiilor de hadroni din LHC, atunci când sunt complet umplute, este comparabilă cu energia cinetică a unui avion cu reacție, deși masa tuturor particulelor nu depășește un nanogram și nici măcar nu pot fi văzute cu ochiul liber. Această energie este obținută datorită vitezei particulelor apropiate de viteza luminii.

Ciorchinii trec printr-un cerc complet al acceleratorului în mai puțin de 0,0001 secunde, făcând astfel peste 10 mii de rotații pe secundă

Obiectivele și obiectivele LHC

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

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

Definiția Large Hadron Collider este următoarea: LHC este un accelerator de particule încărcate și a fost creat cu scopul de a accelera ionii grei și protonii de plumb și de a studia procesele care au loc atunci când se ciocnesc. Dar de ce este necesar acest lucru? Prezinta asta vreun pericol? În acest articol vom răspunde la aceste întrebări și vom încerca să înțelegem de ce este nevoie de Large Hadron Collider.

Ce este BAK

Large Hadron Collider este un tunel imens în formă de inel. Arată ca o țeavă mare care dispersează particulele. LHC este situat sub teritoriul Elveției și Franței, la o adâncime de 100 de metri. La crearea sa au participat oameni de știință din întreaga lume.

Scopul construcției sale:

Găsiți bosonul Higgs. Acesta este mecanismul care dă masa particulelor.
Studiul quarcilor - acestea sunt particule fundamentale care fac parte din hadroni. De aceea, numele ciocnitorului este „hadron”.

Mulți oameni cred că LHC este singurul accelerator din lume. Dar acest lucru este departe de a fi adevărat. Începând cu anii 50 ai secolului XX, zeci de colidere similare au fost construite în întreaga lume. Dar Large Hadron Collider este considerată cea mai mare structură, lungimea sa este de 25,5 km. În plus, include un alt accelerator, de dimensiuni mai mici.

Mass-media despre LHC

Încă de la crearea ciocnitorului, în mass-media au apărut un număr imens de articole despre pericolele și costul ridicat al acceleratorului. Majoritatea oamenilor cred că banii sunt risipiti; ei nu pot înțelege de ce ar trebui să cheltuiască atât de mulți bani și efort în căutarea unor particule.

The Large Hadron Collider nu este cel mai scump proiect științific din istorie.
Scopul principal al acestei lucrări este bosonul Higgs, pentru descoperirea căruia a fost creat ciocnitorul de drone. Rezultatele acestei descoperiri vor aduce omenirii multe tehnologii revoluționare. La urma urmei, invenția telefonului mobil a fost o dată salutată negativ.

Principiul de funcționare al rezervorului

Să ne uităm la cum arată funcționarea unui colisionator de hadron. Ciocnește fasciculele de particule la viteze mari și apoi monitorizează interacțiunile și comportamentul lor ulterioare. De regulă, un fascicul de particule este mai întâi accelerat pe inelul auxiliar și apoi este trimis către inelul principal.

În interiorul ciocnitorului, particulele sunt ținute în loc de mulți magneți puternici. Deoarece ciocnirea particulelor are loc într-o fracțiune de secundă, mișcarea lor este înregistrată de instrumente de înaltă precizie.

Organizația care operează colizionatorul este CERN. Ea a fost cea care, pe 4 iulie 2012, după investiții financiare uriașe și muncă, a anunțat oficial că a fost găsit bosonul Higgs.

De ce este nevoie de LHC?

Acum este necesar să înțelegem ce oferă LHC oamenilor obișnuiți și de ce este nevoie de ciocnitorul de hadron.

Descoperirile legate de bosonul Higgs și studiul quarcilor pot duce în cele din urmă la un nou val de progres științific și tehnologic.

În linii mari, masa este energie în repaus, ceea ce înseamnă că în viitor este posibilă transformarea materiei în energie. Și, prin urmare, nu vor fi probleme cu energia și va apărea posibilitatea călătoriilor interstelare.
În viitor, studiul gravitației cuantice va face posibilă controlul gravitației.
Acest lucru face posibilă studierea mai detaliată a teoriei M, care susține că universul include 11 dimensiuni. Acest studiu ne va permite să înțelegem mai bine structura Universului.

Despre pericolul exagerat al ciocnitorului de hadron

De regulă, oamenilor le este frică de tot ce este nou. Hadron Collider își exprimă și îngrijorările. Pericolul său este exagerat și este alimentat în mass-media de oameni care nu au o educație în științe naturale.

Hadronii se ciocnesc în LHC, nu bosonii, după cum scriu unii jurnalişti, sperie oamenii.
Astfel de dispozitive funcționează de multe decenii și nu dăunează, ci beneficiază știința.
Ideea coliziunilor de protoni de înaltă energie care ar putea produce găuri negre este infirmată de teoria cuantică a gravitației.
Doar o stea de 3 ori masa Soarelui se poate prăbuși într-o gaură neagră. Deoarece nu există astfel de mase în sistemul solar, nu există unde să apară o gaură neagră.
Datorită adâncimii la care ciocnitorul se află sub pământ, radiația acestuia nu reprezintă un pericol.

Am aflat ce este LHC și pentru ce este colisionarul cu hadron și am realizat că nu ar trebui să ne fie frică de el, ci mai degrabă să așteptăm descoperiri care ne promit un mare progres tehnic.

Anul acesta, oamenii de știință intenționează să reproducă într-un laborator nuclear acele condiții curate îndepărtate, când nu existau protoni și neutroni, ci o plasmă continuă de quarc-gluoni. Cu alte cuvinte, cercetătorii speră să vadă lumea particulelor elementare așa cum a fost doar o fracțiune de microsecunde după Big Bang, adică după formarea Universului. Programul se numește „Cum a început totul”. În plus, de mai bine de 30 de ani, în lumea științifică s-au construit teorii pentru a explica prezența masei în particulele elementare. Una dintre ele sugerează existența bosonului Higgs. Această particulă elementară este numită și divină. După cum a spus unul dintre angajații CERN, „după ce am prins urmele bosonului Higgs, voi veni la propria bunica și voi spune: uite, te rog, din cauza acestui lucru mic, ai atât de multe kilograme în plus”. Dar existența bosonului nu a fost încă confirmată experimental: toate speranțele stau în acceleratorul LHC.

Large Hadron Collider este un accelerator de particule care le va permite fizicienilor să pătrundă mai adânc în materie decât oricând. Esența lucrării la ciocnizor este studierea ciocnirii a două fascicule de protoni cu o energie totală de 14 TeV per proton. Această energie este de milioane de ori mai mare decât energia eliberată într-un singur act de fuziune termonucleară. În plus, vor fi efectuate experimente cu nuclee de plumb care se ciocnesc la o energie de 1150 TeV.

Acceleratorul LHC va oferi un nou pas într-o serie de descoperiri de particule care au început acum un secol. La acea vreme, oamenii de știință tocmai descoperiseră tot felul de raze misterioase: raze X, radiații catodice. De unde provin, originea lor este de aceeași natură și, dacă da, care este?
Astăzi avem răspunsuri la întrebări care ne permit să înțelegem mult mai bine originea Universului. Cu toate acestea, chiar la începutul secolului XXI, ne confruntăm cu noi întrebări, răspunsuri la care oamenii de știință speră să le obțină cu ajutorul acceleratorului LHC. Și cine știe ce noi domenii ale cunoașterii umane vor presupune cercetările viitoare. Între timp, cunoștințele noastre despre Univers sunt insuficiente.

Membru corespondent al Academiei Ruse de Științe de la Institutul de Fizică a Energiei Înalte Serghei Denisov comentează:
- La acest ciocnitor participă mulți fizicieni ruși, care își pun anumite speranțe în descoperirile care se pot întâmpla acolo. Principalul eveniment care se poate întâmpla este descoperirea așa-numitei particule ipotetice Higgs (Peter Higgs este un fizician scoțian remarcabil.). Rolul acestei particule este extrem de important. Este responsabil pentru formarea masei altor particule elementare. Dacă o astfel de particulă este descoperită, va fi cea mai mare descoperire. Ar confirma așa-numitul Model Standard, care este acum utilizat pe scară largă pentru a descrie toate procesele din microcosmos. Până când această particulă nu este descoperită, acest model nu poate fi considerat pe deplin fundamentat și confirmat. Acesta este, desigur, primul lucru pe care oamenii de știință îl așteaptă de la acest colisionar (LHC).
Deși, în general, nimeni nu consideră că acest Model Standard este adevărul suprem. Și, cel mai probabil, conform celor mai mulți teoreticieni, este o aproximare sau, uneori spun ei, o „aproximare cu energie scăzută” la o teorie mai generală, care descrie lumea la distanțe de un milion de ori mai mici decât dimensiunea nucleelor. Este ca și cum teoria lui Newton ar fi o „aproximare cu energie scăzută” față de teoria relativității a lui Einstein. A doua sarcină importantă asociată cu ciocnitorul este să încercăm să treci dincolo de limitele acestui model standard, adică să faci tranziția la noi intervale spațiu-timp.

Fizicienii vor putea înțelege în ce direcție trebuie să se miște pentru a construi o teorie a fizicii mai frumoasă și mai generală, care să fie echivalentă cu intervale spațiu-timp atât de mici. Procesele care sunt studiate acolo reproduc în esență procesul de formare a Universului, așa cum se spune, „în momentul Big Bang-ului”. Desigur, aceasta este pentru cei care cred în această teorie că Universul a fost creat în acest fel: o explozie, apoi procesează la energii super-înalte. Călătoria în timp despre care se discută poate fi legată de acest Big Bang.
Oricum ar fi, LHC este un progres destul de serios în adâncurile microlumii. Prin urmare, se pot deschide lucruri complet neașteptate. Voi spune un lucru: proprietăți complet noi ale spațiului și timpului pot fi descoperite la LHC. În ce direcție vor fi deschise este greu de spus acum. Principalul lucru este să străpungi din ce în ce mai mult.

Referinţă

Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN) este cel mai mare centru de cercetare din lume în domeniul fizicii particulelor. Până în prezent, numărul țărilor participante a crescut la 20. Aproximativ 7.000 de oameni de știință, reprezentând 500 de centre de cercetare și universități, utilizează echipamente experimentale CERN. Apropo, Institutul Rus de Fizică Nucleară SB RAS a fost, de asemenea, implicat direct în lucrările la Large Hadron Collider. Specialiștii noștri sunt ocupați în prezent cu instalarea și testarea echipamentelor care au fost dezvoltate și fabricate în Rusia pentru acest accelerator. Large Hadron Collider este de așteptat să fie lansat în mai 2008. După cum a spus Lyn Evans, șeful proiectului, acceleratorului îi lipsește doar o parte - un buton mare roșu.

Cum funcționează Large Hadron Collider

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

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

În ea, folosind 120 de electromagneți puternici la o temperatură apropiată de zero absolut - minus 271,3 grade Celsius, este planificat să accelereze fasciculele de protoni care se ciocnesc până la aproape viteza luminii (99,9 la sută).Cu toate acestea, în mai multe locuri rutele lor se vor intersecta, ceea ce va permite protonilor să se ciocnească. Câteva mii de magneți supraconductori vor ghida particulele.Când există suficientă energie, particulele se vor ciocni, creând astfel un model Big Bang.Mii de senzori vor înregistra momentul coliziunii. Consecințele ciocnirilor de protoni vor deveni subiectul principal de studiu al lumii. [ http://dipland.ru /Cybernetics/Large_andron_collider_92988]

Specificații

Acceleratorul ar trebui să ciocnească protoni cu o energie totală de 14 TeV (adică 14 tera electron-volt sau 14·1012 electron volți) însistem de centru de masă particule incidente, precum și nuclee conduce cu o energie de 5 GeV (5 109 electroni volți) pentru fiecare pereche de ciocniri nucleonii La începutul anului 2010 LHC l-a depășit deja ușor pe precedentul deținător al recordului în energia protonilor - ciocnitorul proton-antiproton Tevatron , care a lucrat până la sfârșitul anului 2011Laboratorul Național de Accelerator. Enrico Fermi(STATELE UNITE ALE AMERICII ). În ciuda faptului că instalarea echipamentului durează de ani de zile și nu a fost încă finalizată, LHC a devenit deja acceleratorul de particule cu cea mai mare energie din lume, depășind energia altor colisionare cu un ordin de mărime, inclusiv coliderul relativist de ioni grei RHIC, care operează în Laboratorul Brookhaven(STATELE UNITE ALE AMERICII).

Detectoare

LHC are 4 detectoare principale și 3 auxiliare:

· ALICE (Un experiment mare de coliziune cu ioni)

ATLAS (un aparat toroidal LHC)

CMS (solenoid muon compact)

LHCb (Experimentul de frumusețe Large Hadron Collider)

TOTEM (Măsurarea totală a secțiunii transversale elastice și difractive)

LHCf (The Large Hadron Collider înainte)

MoEDAL (Detectorul de monopol și exotice la LHC).

detector CMS

Detectoarele ATLAS și CMS sunt detectoare de uz general concepute pentru a căuta bosonul Higgs și în special „fizica non-standard” materie întunecată , ALICE - pentru studiuplasmă cuarc-gluon în ciocniri de ioni grei de plumb, LHCb - pentru cercetarea fiziciib-quarci , ceea ce ne va permite să înțelegem mai bine diferențele dintre materie si antimaterie , TOTEM - conceput pentru a studia împrăștierea particulelor la unghiuri mici, cum ar fi ceea ce se întâmplă în timpul zborurilor apropiate fără ciocniri (așa-numitele particule care nu se ciocnesc, particule înainte), ceea ce face posibilă măsurarea mai precisă a dimensiunii protonilor, precum și controlul luminozității ciocnitorului și, în cele din urmă, LHCf - pentru cercetareraze cosmice , modelat folosind aceleași particule care nu se ciocnesc.

Consumul de energie

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

Poate că, în câțiva ani, Internetul va face loc unei noi integrări mai profunde a calculatoarelor de la distanță, permițând nu numai transferul de la distanță a informațiilor aflate în diferite părți ale lumii, ci și utilizarea automată a resurselor de calcul de la distanță. În legătură cu lansarea Large Hadron Collider, CERN lucrează de câțiva ani la crearea unei astfel de rețele.

Este de multă vreme un manual că Internetul (sau ceea ce se numește web) a fost inventat de Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN). Există întotdeauna o mulțime de privitori în jurul semnului „World Wide Web a fost creat în aceste coridoare” într-unul dintre coridoarele obișnuite ale unei clădiri obișnuite CERN în timpul unei zile deschise. Acum, internetul este folosit pentru nevoile lor practice de oameni din întreaga lume și inițial a fost creat astfel încât oamenii de știință care lucrează la același proiect, dar situati în diferite părți ale planetei, să poată comunica între ei, să partajeze date, să publice informații. care ar putea fi accesat pentru a avea acces de la distanță.

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

Nu numai că face posibilă publicarea datelor care se află în altă parte a planetei, ci și utilizarea resurselor mașinii de la distanță fără a părăsi locul.

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

Crearea acestui sistem a fost provocată de Large Hadron Collider. Deși GRID este deja folosit pentru o serie de alte sarcini, fără colisionar nu ar exista și invers, fără procesarea GRID, rezultatele coliziunii sunt imposibile.

Harta serverului GRID //

Oamenii care lucrează în colaborări LHC sunt localizați în diferite părți ale lumii. Se știe că nu numai europenii lucrează la acest dispozitiv, ci și toate cele 20 de țări - participanți oficiali ai CERN, aproximativ 35 de țări în total. Teoretic, pentru a asigura funcționarea LHC, a existat o alternativă la GRID - extinderea resurselor de calcul proprii ale centrului de calcul CERN. Dar resursele care erau disponibile la momentul punerii problemei erau complet insuficiente pentru a simula funcționarea acceleratorului, pentru a stoca informații din experimentele sale și pentru a le procesa științific. Prin urmare, centrul de calculatoare ar trebui reconstruit și modernizat foarte semnificativ, achiziționând mai multe calculatoare și facilități de stocare a datelor. Dar asta ar însemna că toată finanțarea ar fi concentrată în CERN. Acest lucru nu a fost foarte acceptabil pentru țările situate departe de CERN. Desigur, nu erau interesați să sponsorizeze resurse care ar fi foarte greu de utilizat și erau mai degrabă înclinați să-și sporească potențialul de calcul și mașină. Prin urmare, s-a născut ideea de a folosi resursele acolo unde se află.

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

(sau REZERVOR)- în prezent, cel mai mare și mai puternic accelerator de particule din lume. Acest colos a fost lansat în 2008, dar multă vreme a funcționat la capacitate redusă. Să ne dăm seama ce este și de ce avem nevoie de un ciocnitor de hadron mare.

Istorie, mituri și fapte

Ideea creării unui ciocnitor a fost anunțată în 1984. Și proiectul de construcție a civizorului în sine a fost aprobat și adoptat deja în 1995. Dezvoltarea aparține Centrului European de Cercetare Nucleară (CERN). În general, lansarea colisionarului a atras multă atenție nu numai din partea oamenilor de știință, ci și a oamenilor obișnuiți din întreaga lume. Ei au vorbit despre tot felul de temeri și orori asociate cu lansarea civizorului.

Cu toate acestea, cineva chiar și acum, foarte probabil, așteaptă o apocalipsă asociată cu munca LHC și se crapă la gândul la ce se va întâmpla dacă Large Hadron Collider explodează. Deși, în primul rând, toată lumea se temea de o gaură neagră, care, la început fiind microscopică, va crește și va absorbi în siguranță mai întâi ciocnitorul în sine, apoi Elveția și restul lumii. Catastrofa anihilării a provocat și o mare panică. Un grup de oameni de știință a depus chiar un proces în încercarea de a opri construcția. Declarația spunea că aglomerările de antimaterie care pot fi produse în ciocnizor vor începe să se anihileze cu materia, declanșând o reacție în lanț și întregul Univers va fi distrus. După cum a spus celebrul personaj din Înapoi în viitor:

Întregul Univers, desigur, este în cel mai rău caz. În cel mai bun caz, doar galaxia noastră. Dr. Emet Brown.

Acum să încercăm să înțelegem de ce este hadronic? Cert este că funcționează cu hadronii, sau mai degrabă accelerează, accelerează și ciocnește hadronii.

Hadronii– o clasă de particule elementare supuse interacțiunilor puternice. Hadronii sunt formați din quarci.

Hadronii sunt împărțiți în barioni și mezoni. Pentru a fi mai ușor, să spunem că aproape toată materia cunoscută de noi este formată din barioni. Să simplificăm și mai mult și să spunem că barionii sunt nucleoni (protonii și neutronii care formează nucleul atomic).

Cum funcționează Large Hadron Collider

Scara este foarte impresionantă. Ciocnitorul este un tunel circular situat sub pământ la o adâncime de o sută de metri. Large Hadron Collider are 26.659 de metri lungime. Protonii, accelerați la viteze apropiate de viteza luminii, zboară într-un cerc subteran pe teritoriul Franței și al Elveției. Pentru a fi precis, adâncimea tunelului variază de la 50 la 175 de metri. Magneții supraconductori sunt utilizați pentru a focaliza și pentru a conține fascicule de protoni zburători, lungimea lor totală este de aproximativ 22 de kilometri și funcționează la o temperatură de -271 de grade Celsius.

Cilizorul include 4 detectoare gigantice: ATLAS, CMS, ALICE și LHCb. Pe lângă detectoarele mari principale, există și altele auxiliare. Detectoarele sunt proiectate pentru a înregistra rezultatele ciocnirilor de particule. Adică, după ce doi protoni se ciocnesc la viteze apropiate de lumina, nimeni nu știe la ce să se aștepte. Pentru a „vedea” ce s-a întâmplat, unde a sărit și cât de departe a zburat, există detectoare pline cu tot felul de senzori.

Rezultatele Marelui Ciocnitor de Hadroni.

De ce ai nevoie de un colisionator? Ei bine, cu siguranță nu pentru a distruge Pământul. S-ar părea, ce rost are particulele de ciocnire? Faptul este că există o mulțime de întrebări fără răspuns în fizica modernă, iar studierea lumii cu ajutorul particulelor accelerate poate deschide literalmente un nou strat de realitate, poate înțelege structura lumii și poate chiar răspunde la întrebarea principală: „sensul vieții, al Universului și în general”.

Ce descoperiri au fost deja făcute la LHC? Cel mai faimos lucru este descoperirea bosonul Higgs(îi vom dedica un articol separat). În plus, erau deschise 5 particule noi, au fost obţinute primele date despre ciocniri la energii record, se arată absenţa asimetriei protonilor şi antiprotonilor, S-au descoperit corelații neobișnuite de protoni. Lista continuă de mult timp. Dar găurile negre microscopice care le îngrozeau pe gospodine nu au putut fi detectate.

Și asta în ciuda faptului că civizorul nu a fost încă accelerat la puterea sa maximă. În prezent, energia maximă a Marelui Ciocnitor de Hadroni este 13 TeV(tera electron-Volt). Cu toate acestea, după o pregătire adecvată, protonii sunt planificați să fie accelerați 14 TeV. Spre comparație, la acceleratorii-precursori ai LHC, energiile maxime obținute nu au depășit 1 TeV. Acesta este modul în care acceleratorul american Tevatron din Illinois ar putea accelera particulele. Energia obținută în colisionar este departe de cea mai mare din lume. Astfel, energia razelor cosmice detectată pe Pământ depășește de un miliard de ori energia unei particule accelerate într-un ciocnitor! Deci, pericolul marelui colizător de hadroni este minim. Este probabil ca, după ce toate răspunsurile vor fi obținute folosind LHC, omenirea va trebui să construiască un alt colisionator mai puternic.

Prieteni, iubiți știința și cu siguranță vă va iubi! Și te pot ajuta cu ușurință să te îndrăgostești de știință. autorii noștri. Cere ajutor și lasă-ți studiile să-ți aducă bucurie!