Zemljevid z vrisano lokacijo trkalnika

Za nadaljnje združevanje temeljnih interakcij v eni teoriji se uporabljajo različni pristopi: teorija strun, ki se je razvila v M-teoriji (teorija bran), teorija supergravitacije, zančna kvantna gravitacija itd. Nekatere imajo notranje težave, nobena pa nima eksperimentalna potrditev. Težava je v tem, da so za izvedbo ustreznih poskusov potrebne energije, ki jih sodobni pospeševalci delcev ne dosegajo.

LHC bo omogočil izvajanje poskusov, ki jih doslej ni bilo mogoče izvesti, in bo verjetno potrdil ali ovrgel nekatere od teh teorij. Obstaja torej cela vrsta fizikalnih teorij z dimenzijami, večjimi od štiri, ki nakazujejo obstoj »supersimetrije« – na primer teorija strun, ki ji včasih rečemo teorija superstrun prav zato, ker brez supersimetrije izgubi svoj fizični pomen. Potrditev obstoja supersimetrije bi bila tako posredna potrditev resničnosti teh teorij.

Študija top kvarkov

Zgodovina gradnje

27 km dolg podzemni tunel, namenjen za namestitev pospeševalnika LHC

Ideja za projekt Large Hadron Collider se je porodila leta 1984 in je bila uradno potrjena deset let kasneje. Njegova gradnja se je začela leta 2001, po zaključku dela prejšnjega pospeševalnika - velikega trkalnika elektronov in pozitronov.

Pospeševalnik naj bi trčil protone s skupno energijo 14 TeV (to je 14 teraelektronvoltov ali 14 10 12 elektronvoltov) v sistemu središča mase vpadnih delcev ter jedra svinca z energijo 5,5 GeV ( 5,5 10 9 elektronvoltov) za vsak par trkajočih se nukleonov. Tako bo LHC najbolj visokoenergijski pospeševalnik osnovnih delcev na svetu, ki bo za red velikosti presegel svoje najbližje konkurente v energiji - protonsko-antiprotonski trkalnik Tevatron, ki trenutno deluje v Nacionalnem laboratoriju za pospeševanje. Enrico Fermi (ZDA) in RHIC Relativistic Heavy Ion Collider v Brookhaven Laboratory (ZDA).

Pospeševalnik se nahaja v istem tunelu, v katerem je bil prej veliki trkalnik elektronov in pozitronov. Predor z obsegom 26,7 km je bil položen na globini približno sto metrov pod zemljo v Franciji in Švici. Za zadrževanje in korekcijo protonskih žarkov se uporablja 1624 superprevodnih magnetov, katerih skupna dolžina presega 22 km. Zadnjega so v predor vgradili 27. novembra 2006. Magneti bodo delovali pri 1,9 K (-271°C). Izgradnja posebne kriogene linije za hlajenje magnetov je bila končana 19. novembra 2006.

Testi

Specifikacije

Proces pospeševanja delcev v trkalniku

Hitrost delcev v LHC na trčnih žarkih je blizu svetlobne hitrosti v vakuumu. Pospeševanje delcev do tako velikih hitrosti se doseže v več stopnjah. V prvi fazi nizkoenergijski linearni pospeševalnik Linac 2 in Linac 3 vbrizgata protone in svinčeve ione za nadaljnje pospeševanje. Nato delci vstopijo v pospeševalnik PS in nato v sam PS (protonski sinhrotron) in pridobijo energijo 28 GeV. Po tem se pospeševanje delcev nadaljuje v SPS (Proton Super Synchrotron), kjer energija delcev doseže 450 GeV. Nato se žarek usmeri na glavni 26,7-kilometrski obroč in na točkah trka detektorji zabeležijo dogajanje.

Poraba energije

Med delovanjem trkalnika bo predvidena poraba energije 180 MW. Ocenjeni stroški energije za celoten kanton Ženeva. CERN sam ne proizvaja električne energije, temveč le rezervne dizelske generatorje.

Porazdeljeno računalništvo

Za nadzor, shranjevanje in obdelavo podatkov, ki bodo prihajali iz pospeševalnika in detektorjev LHC, se ustvarja porazdeljeno računalniško omrežje LCG. L HC C računanje G RID ) z uporabo omrežne tehnologije. Za določene računalniške naloge bo vključen projekt porazdeljenega računalništva [e-pošta zaščitena].

Nenadzorovani fizični procesi

Nekateri strokovnjaki in javnost izražajo zaskrbljenost, da obstaja neničelna verjetnost, da bodo poskusi, ki se izvajajo v trkalniku, ušli izpod nadzora in razvili verižno reakcijo, ki bi lahko pod določenimi pogoji teoretično uničila ves planet. Stališče zagovornikov katastrofičnih scenarijev, povezanih z delovanjem LHC, je predstavljeno na ločeni spletni strani. Zaradi teh občutkov se LHC včasih dešifrira kot Zadnji hadronski trkalnik ( Zadnji hadronski trkalnik).

Pri tem se največkrat omenja teoretična možnost pojava mikroskopskih črnih lukenj v trkalniku, pa tudi teoretična možnost nastanka strdkov antimaterije in magnetnih monopolov, ki jim sledi verižna reakcija zajemanja okoliške snovi.

Te teoretične možnosti je obravnavala posebna skupina CERN, ki je pripravila ustrezno poročilo, v katerem so vsi tovrstni strahovi priznani kot neutemeljeni. Angleški teoretični fizik Adrian Kent je objavil znanstveni članek, v katerem je kritiziral varnostne standarde, ki jih je sprejel CERN, saj je pričakovana škoda, torej zmnožek verjetnosti dogodka s številom žrtev, po njegovem mnenju nesprejemljiva. Vendar je največja zgornja ocena verjetnosti katastrofalnega scenarija na LHC 10 -31 .

Kot glavne argumente v prid neutemeljenosti katastrofičnih scenarijev se navaja dejstvo, da Zemljo, Luno in druge planete nenehno bombardirajo tokovi kozmičnih delcev z veliko višjo energijo. Omenjeno je tudi uspešno delovanje že naročenih pospeševalnikov, vključno z relativističnim trkalnikom težkih ionov RHIC v Brookhavnu. Strokovnjaki CERN ne zanikajo možnosti nastanka mikroskopskih črnih lukenj, vendar trdijo, da se v našem tridimenzionalnem prostoru takšni objekti lahko pojavijo le pri energijah, ki so za 16 velikostnih redov večje od energije žarkov v LHC. . Hipotetično se mikroskopske črne luknje lahko pojavijo v poskusih na LHC v napovedih teorij z dodatnimi prostorskimi dimenzijami. Takšne teorije še nimajo nobenih eksperimentalnih dokazov. A tudi če črne luknje nastanejo zaradi trkov delcev v LHC, naj bi bile zaradi Hawkingovega sevanja izjemno nestabilne in bodo skoraj v trenutku izhlapele v obliki navadnih delcev.

Walter Wagner je 21. marca 2008 vložil tožbo na zveznem okrožnem sodišču na Havajih (ZDA). Walter L. Wagner) in Luis Sancho (angl. Luis Sančo), v katerem obtožujejo CERN, da skuša prirediti konec sveta, zahtevajo prepoved izstrelitve trkalnika, dokler ni zagotovljena njegova varnost.

Primerjava z naravnimi hitrostmi in energijami

Pospeševalnik je zasnovan za trkanje delcev, kot so hadroni in atomska jedra. Vendar pa obstajajo naravni viri delcev, katerih hitrost in energija sta veliko večji kot v trkalniku (glej: Zevatron). Takšne naravne delce najdemo v kozmičnih žarkih. Površina planeta Zemlje je delno zaščitena pred temi žarki, vendar delci kozmičnih žarkov, ki gredo skozi atmosfero, trčijo v atome in molekule zraka. Zaradi teh naravnih trkov se v zemeljski atmosferi rodijo številni stabilni in nestabilni delci. Zaradi tega je naravno sevalno ozadje prisotno na planetu že več milijonov let. Enako (trčenje elementarnih delcev in atomov) se bo zgodilo tudi v LHC, vendar z nižjimi hitrostmi in energijami ter v veliko manjših količinah.

mikroskopske črne luknje

Če lahko med trkom osnovnih delcev nastanejo črne luknje, bodo te tudi razpadle na elementarne delce, v skladu z načelom CPT invariantnosti, ki je eden najbolj temeljnih principov kvantne mehanike.

Nadalje, če bi bila hipoteza o obstoju stabilnih črnih mikro lukenj pravilna, bi te nastale v velikih količinah kot posledica bombardiranja Zemlje s kozmičnimi osnovnimi delci. Toda večina visokoenergijskih osnovnih delcev, ki prihajajo iz vesolja, ima električni naboj, zato bi bile nekatere črne luknje električno nabite. Te nabite črne luknje bi ujelo Zemljino magnetno polje in bi Zemljo, če bi bile res nevarne, že zdavnaj uničile. Schwimmerjev mehanizem, ki naredi črne luknje električno nevtralne, je zelo podoben Hawkingovemu učinku in ne more delovati, če Hawkingov učinek ne deluje.

Poleg tega bi vse črne luknje, nabite ali električno nevtralne, zajele bele pritlikavke in nevtronske zvezde (ki jih tako kot Zemljo obstreljuje kozmično sevanje) in jih uničile. Posledično bi bila življenjska doba belih pritlikavk in nevtronskih zvezd veliko krajša, kot je dejansko opazovano. Poleg tega bi uničljive bele pritlikavke in nevtronske zvezde oddajale dodatno sevanje, ki ga dejansko ne opazimo.

Nazadnje, teorije z dodatnimi prostorskimi dimenzijami, ki napovedujejo nastanek mikroskopskih črnih lukenj, niso v nasprotju z eksperimentalnimi podatki le, če je število dodatnih dimenzij vsaj tri. Toda s toliko dodatnimi dimenzijami mora preteči več milijard let, preden črna luknja povzroči kakršno koli znatno škodo na Zemlji.

Strapelki

Eduard Boos, doktor fizikalnih in matematičnih znanosti z Raziskovalnega inštituta za jedrsko fiziko Moskovske državne univerze, ima nasprotna stališča, ki zanikajo pojav makroskopskih črnih lukenj v LHC in posledično "črvine" in potovanja skozi čas.

Opombe

  1. Najboljši vodnik po LHC (angleščina) str. 30.
  2. LHC: ključna dejstva. "Elementi velike znanosti". Pridobljeno 15. septembra 2008.
  3. Delovna skupina Tevatron Electroweak, najvišja podskupina
  4. Preizkus sinhronizacije LHC uspešen
  5. Drugi preizkus vbrizgalnega sistema je bil s prekinitvami, vendar je bil cilj dosežen. "Elementi velike znanosti" (24. avgust 2008). Pridobljeno 6. septembra 2008.
  6. Dan mejnika LHC se hitro začenja
  7. Prvi žarek v znanosti o pospeševanju LHC.
  8. Misija končana za ekipo LHC. physicsworld.com. Pridobljeno 12. septembra 2008.
  9. V LHC se sproži stabilen krožni žarek. "Elementi velike znanosti" (12. september 2008). Pridobljeno 12. septembra 2008.
  10. Incident na velikem hadronskem trkalniku je poskuse odložil za nedoločen čas. "Elementi velike znanosti" (19. september 2008). Pridobljeno 21. septembra 2008.
  11. Veliki hadronski trkalnik bo začel delovati šele spomladi - CERN. RIA Novosti (23. september 2008). Pridobljeno 25. septembra 2008.
  12. http://press.web.cern.ch/Press/PressReleases/Releases2008/PR14.08E.html
  13. https://edms.cern.ch/file/973073/1/Report_on_080919_incident_at_LHC__2_.pdf
  14. https://lhc2008.web.cern.ch/LHC2008/inauguration/index.html
  15. Popravilo poškodovanih magnetov bo obsežnejše, kot se je mislilo doslej. "Elementi velike znanosti" (9. november 2008). Pridobljeno 12. novembra 2008.
  16. Urnik za leto 2009. "Elementi velike znanosti" (18. januar 2009). Pridobljeno 18. januarja 2009.
  17. Sporočilo za javnost CERN
  18. Potrjen je delovni načrt velikega hadronskega trkalnika za obdobje 2009–2010. "Elementi velike znanosti" (6. februar 2009). Pridobljeno 5. aprila 2009.
  19. Eksperimenti LHC.
  20. Pandorina skrinjica se odpre. Vesti.ru (9. september 2008). Pridobljeno 12. septembra 2008.
  21. Potencial nevarnosti pri poskusih s trkalnikom delcev
  22. Dimopoulos S., Landsberg G. Črne luknje na velikem hadronskem trkalniku Phys. Rev. Lett. 87 (2001)
  23. Blaizot J.-P. et al. Študija potencialno nevarnih dogodkov med trki težkih ionov v LHC.
  24. Pregled varnosti LHC trčenj LHC Safety Assessment Group
  25. Kritični pregled tveganj pospeševalnikov. Proza.ru (23. maj 2008). Pridobljeno 17. septembra 2008.
  26. Kakšna je verjetnost katastrofe na LHC?
  27. Sodni dan
  28. Prositi sodnika, da reši svet, in morda še veliko več
  29. Pojasnilo, zakaj bo LHC varen
  30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (španščina)
  31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (nemščina)
  32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (fr)
  33. H. Heiselberg. Presejanje v kapljicah kvarkov // Physical Review D. - 1993. - T. 48. - Št. 3. - S. 1418-1423. DOI:10.1103/PhysRevD.48.1418
  34. M. Alford, K. Rajagopal, S. Reddy, A. Steiner. Stabilnost čudnih zvezdnih skorj in strangeletov // Ameriško fizikalno društvo. Physical Review D. - 2006. - T. 73, 114016.
Datum objave: 17.09.2012

Kaj je veliki hadronski trkalnik? Zakaj je to potrebno? Ali lahko povzroči konec sveta? Razčlenimo vse skupaj.

Kaj je BAK?

To je ogromen obročasti tunel, podoben cevi za razprševanje delcev. Nahaja se na globini približno 100 metrov pod ozemljem Francije in Švice. Pri njegovi izgradnji so sodelovali znanstveniki z vsega sveta.

LHC je bil zgrajen za iskanje Higgsovega bozona, mehanizma, ki daje delcem maso. Sekundarni cilj je tudi preučevanje kvarkov – osnovnih delcev, ki sestavljajo hadrone (od tod tudi ime »hadronski« trkalnik).

Marsikdo naivno verjame, da je LHC edini pospeševalnik delcev na svetu. Vendar pa je bilo od leta 1950 po vsem svetu izdelanih več kot ducat trkalnikov. LHC velja za največjega - njegova dolžina je 25,5 km. Poleg tega njegova struktura vključuje še en pospeševalnik z manjšim premerom.

LHC in mediji

Od začetka gradnje se je pojavilo veliko člankov o visoki ceni in nevarnosti pospeševalnika. Večina ljudi verjame, da je bil denar zapravljen, in ne razumejo, zakaj je bilo treba porabiti toliko denarja in truda, da bi našli nekakšen delček.

Prvič, LHC ni najdražji znanstveni projekt v zgodovini. Na jugu Francije je znanstveno središče Cadarache z dragim termonuklearnim reaktorjem. Cadarache je bil zgrajen s podporo 6 držav (vključno z Rusijo); trenutno je bilo vanj vloženih že okoli 20 milijard dolarjev. Drugič, odkritje Higgsovega bozona bo svetu prineslo številne revolucionarne tehnologije. Poleg tega, ko je bil izumljen prvi mobilni telefon, so ljudje njegov izum sprejeli tudi negativno ...

Kako deluje BAC?

LHC trči žarke delcev pri visokih hitrostih in spremlja njihovo kasnejše obnašanje in interakcijo. En žarek delcev se praviloma najprej pospeši na pomožnem obroču, nato pa se pošlje v glavni obroč.

Veliko najmočnejših magnetov zadrži delce v trkalniku. Visoko natančni instrumenti beležijo gibanje delcev, saj do trka pride v delčku sekunde.

Organizacijo dela trkalnika izvaja CERN (Organizacija za jedrske raziskave).

Posledično je CERN po velikih naporih in finančnih vložkih 4. julija 2012 uradno objavil, da je Higgsov bozon najden. Seveda se nekatere lastnosti bozona, ugotovljene v praksi, razlikujejo od teoretičnih vidikov, vendar znanstveniki ne dvomijo o "resničnosti" Higgsovega bozona.

Zakaj potrebujete BAC?

Kako uporaben je LHC za običajne ljudi? Znanstvena odkritja, povezana z odkritjem Higgsovega bozona in študijem kvarkov, lahko v prihodnosti vodijo v novo znanstveno in tehnološko revolucijo.

Prvič, ker je masa energija v mirovanju (grobo rečeno), je mogoče v prihodnosti snov pretvoriti v energijo. Takrat ne bo težav z energijo, kar pomeni, da bo mogoče potovati na oddaljene planete. In to je korak k medzvezdnemu potovanju ...

Drugič, študija kvantne gravitacije bo v prihodnosti omogočila nadzor nad gravitacijo. Vendar se to ne bo zgodilo kmalu, saj gravitoni še niso dobro razumljeni, zato je lahko naprava, ki nadzoruje gravitacijo, nepredvidljiva.

Tretjič, obstaja možnost, da M-teorijo (izpeljanko teorije strun) podrobneje razumemo. Ta teorija pravi, da je vesolje sestavljeno iz 11 dimenzij. M-teorija trdi, da je "teorija vsega", kar pomeni, da nam bo njeno preučevanje omogočilo boljše razumevanje strukture vesolja. Kdo ve, morda se bo človek v prihodnosti naučil premikati in vplivati ​​na druge dimenzije.

LHC in konec sveta

Mnogi ljudje trdijo, da lahko delo LHC uniči človeštvo. O tem praviloma govorijo ljudje, ki slabo poznajo fiziko. Izstrelitev LHC je bila večkrat prestavljena, a 10. septembra 2008 je bila kljub temu izstreljena. Vendar velja omeniti, da LHC nikoli ni bil pospešen do polne moči. Znanstveniki načrtujejo, da bodo LHC s polno zmogljivostjo izstrelili decembra 2014. Poglejmo možne vzroke za konec sveta in druge govorice ...

1. Ustvarjanje črne luknje

Črna luknja je zvezda z ogromno gravitacijo, ki ne privlači le snovi, ampak tudi svetlobo in celo čas. Črna luknja se ne more pojaviti od nikoder, zato znanstveniki CERN menijo, da so možnosti za nastanek stabilne črne luknje izjemno majhne. Vendar je možno. Ob trku delcev lahko nastane mikroskopsko majhna črna luknja, katere velikost je dovolj velika, da v nekaj letih (ali hitreje) uniči naš planet. Toda človeštvo se ne bi smelo bati, saj zaradi Hawkingovega sevanja črne luknje hitro izgubijo svojo maso in energijo. Čeprav so med znanstveniki pesimisti, ki verjamejo, da močno magnetno polje znotraj trkalnika ne bo omogočilo, da bi črna luknja razpadla. Zaradi tega je možnost, da bo nastala črna luknja, ki bo uničila planet, zelo majhna, a takšna možnost obstaja.

2. Nastanek "temne snovi"

Ona je tudi »čudna zadeva«, strangelet (čudna kapljica), »stranglet«. To je snov, ki jo ob trku z drugo snovjo spremeni v podobno. Tisti. ko trčita strangelet in navaden atom, nastaneta dva strangeleta, kar povzroči verižno reakcijo. Če se taka snov pojavi v trkalniku, bo človeštvo uničeno v nekaj minutah. Vendar je možnost, da se to zgodi, tako majhna kot nastanek črne luknje.

3. Antimaterija

Verzija, povezana z dejstvom, da se med delovanjem trkalnika lahko pojavi taka količina antimaterije, ki bo uničila planet, je videti najbolj zavajajoča. In niti ne gre za to, da so možnosti za nastanek antimaterije zelo majhne, ​​ampak da na zemlji že obstajajo vzorci antimaterije, shranjeni v posebnih posodah, kjer ni gravitacije. Malo verjetno je, da se bo na Zemlji pojavila tolikšna količina antimaterije, ki bo sposobna uničiti planet.

zaključki

Mnogi prebivalci Rusije sploh ne vedo, kako pravilno črkovati besedne zveze "Veliki hadronski trkalnik", da ne omenjamo njihovega poznavanja njegovega namena. In nekateri psevdopreroki trdijo, da v vesolju ni inteligentnih civilizacij, ker vsaka civilizacija, ki je dosegla znanstveni napredek, ustvari trkalnik. Nato nastane črna luknja, ki uniči civilizacijo. Od tu pojasnjujejo veliko število masivnih črnih lukenj v središču galaksij.

Vendar pa obstajajo tudi ljudje, ki verjamejo, da bi morali LHC izstreliti čim prej, sicer nas bodo ob prihodu nezemljanov ujeli, saj nas imajo za divjake.

Na koncu je edina možnost, da ugotovimo, kaj nam bo LHC prinesel, samo čakanje. Prej ali slej vseeno ugotovimo, kaj nas čaka: uničenje ali napredek.


Najnovejši nasveti o znanosti in tehnologiji:

Vam je ta nasvet pomagal? Projektu lahko pomagate tako, da donirate poljubni znesek za njegov razvoj. Na primer, 20 rubljev. Ali več:)

Gre za iskanje načinov, kako združiti dve temeljni teoriji - GR (o gravitacijski) in SM (standardni model, ki združuje tri temeljne fizične interakcije - elektromagnetno, močno in šibko). Iskanje rešitve pred nastankom LHC so ovirale težave pri oblikovanju teorije kvantne gravitacije.

Konstrukcija te hipoteze vključuje kombinacijo dveh fizikalnih teorij – kvantne mehanike in splošne teorije relativnosti.

Za to je bilo uporabljenih več priljubljenih in potrebnih pristopov v sodobnem času - teorija strun, teorija brane, teorija supergravitacije, pa tudi teorija kvantne gravitacije. Pred gradnjo trkalnika je bila glavna težava pri izvajanju potrebnih poskusov pomanjkanje energije, ki je z drugimi sodobnimi pospeševalci delcev ni mogoče doseči.

Ženevski LHC je dal znanstvenikom priložnost, da izvedejo prej neizvedljive poskuse. Menijo, da bodo v bližnji prihodnosti s pomočjo aparata potrdili ali ovrgli številne fizikalne teorije. Ena najbolj problematičnih je supersimetrija oziroma teorija strun, ki je fiziko dolgo časa delila na dva tabora – »strunarje« in njihove tekmece.

Drugi temeljni poskusi, izvedeni kot del dela LHC

Zanimive so tudi raziskave znanstvenikov na področju preučevanja top kvarkov, ki so najbolj kvarkovi in ​​najtežji (173,1 ± 1,3 GeV / c²) od vseh trenutno znanih osnovnih delcev.

Zaradi te lastnosti so znanstveniki še pred nastankom LHC lahko opazovali kvarke le na pospeševalniku Tevatron, saj druge naprave preprosto niso imele dovolj moči in energije. Po drugi strani pa je teorija kvarkov pomemben element senzacionalne hipoteze o Higgsovem bozonu.

Vse znanstvene raziskave o ustvarjanju in preučevanju lastnosti kvarkov izvajajo znanstveniki v vrhunski kvark-antikvarkovi parni sobi na LHC.

Pomemben cilj ženevskega projekta je tudi proces preučevanja mehanizma elektrošibke simetrije, ki je povezan tudi z eksperimentalnim dokazom obstoja Higgsovega bozona. Če problem definiramo natančneje, potem predmet proučevanja ni toliko sam bozon, temveč mehanizem kršitve simetrije elektrošibke interakcije, ki ga je predvidel Peter Higgs.

LHC izvaja tudi poskuse za iskanje supersimetrije - in želeni rezultat bo tako dokaz teorije, da vsak osnovni delec vedno spremlja težji partner, kot njena ovržba.

Nekaj ​​dejstev o velikem hadronskem trkalniku, kako in zakaj je nastal, čemu služi in kakšne potencialne nevarnosti predstavlja za človeštvo.

1. Gradnja LHC ali velikega hadronskega trkalnika je bila zasnovana že leta 1984 in se je začela šele leta 2001. Pet let pozneje, leta 2006, se je zahvaljujoč prizadevanjem več kot 10 tisoč inženirjev in znanstvenikov iz različnih držav začela gradnja veliki hadronski trkalnik je bil dokončan.

2. LHC je največji eksperimentalni objekt na svetu.

3. Zakaj torej veliki hadronski trkalnik?
Velika je dobila ime zaradi svoje solidne velikosti: dolžina glavnega obroča, po katerem se delci poganjajo, je približno 27 km.
Hadron - saj naprava pospešuje hadrone (delce, ki so sestavljeni iz kvarkov).
Trkalnik - zaradi v nasprotni smeri pospešenih žarkov delcev, ki trčijo med seboj na posebnih točkah.

4. Čemu je namenjen veliki hadronski trkalnik? LHC je ultra-moderno raziskovalno središče, kjer znanstveniki izvajajo poskuse z atomi, pri čemer z veliko hitrostjo potiskajo ione in protone skupaj. Znanstveniki upajo, da bodo s pomočjo raziskav odstrli tančico nad skrivnostmi videza vesolja.

5. Projekt je znanstveno skupnost stal astronomsko vsoto 6 milijard dolarjev. Mimogrede, Rusija je na LHC delegirala 700 strokovnjakov, ki delajo še danes. Naročila za LHC so ruskim podjetjem prinesla približno 120 milijonov dolarjev.

6. Brez dvoma je glavno odkritje na LHC odkritje leta 2012 Higgsovega bozona ali, kot ga imenujemo tudi »božjih delcev«. Higgsov bozon je zadnja povezava v standardnem modelu. Drug pomemben dogodek v Bak'eju je doseganje rekordne vrednosti energije trka 2,36 teraelektronvolta.

7. Nekateri znanstveniki, tudi tisti v Rusiji, verjamejo, da bodo znanstveniki zaradi obsežnih poskusov v CERN-u (Evropska organizacija za jedrske raziskave, kjer se pravzaprav nahaja trkalnik) lahko zgradili prvi časovni stroj na svetu. Vendar pa večina znanstvenikov ne deli optimizma kolegov.

8. Glavni strahovi človeštva pred najmočnejšim pospeševalnikom na planetu temeljijo na nevarnosti, ki človeštvu grozi zaradi nastanka mikroskopskih črnih lukenj, ki lahko zajamejo okoliško snov. Obstaja še ena potencialna in izjemno nevarna grožnja - pojav trakov (proizvedenih iz čudne kapljice), ki so hipotetično sposobne trčiti z jedrom atoma, da tvorijo vedno več novih trakov, ki preoblikujejo materijo celotnega vesolja. Vendar pa večina najuglednejših znanstvenikov pravi, da je tak izid malo verjeten. Je pa teoretično možno

9. Leta 2008 sta CERN tožila dva prebivalca zvezne države Havaji. CERN so obtožili, da poskuša iz malomarnosti uničiti človeštvo, pri čemer so od znanstvenikov zahtevali varnostna jamstva.

10. Veliki hadronski trkalnik se nahaja v Švici blizu Ženeve. V CERN-u je muzej, kjer obiskovalcem jasno razložijo načela trkalnika in zakaj je bil zgrajen.

11 . In končno, malo zabavno dejstvo. Sodeč po zahtevah v Yandexu, veliko ljudi, ki iščejo informacije o velikem hadronskem trkalniku, ne ve, kako se črkuje ime pospeševalnika. Na primer, pišejo "andron" (in ne pišejo le, koliko so vredna poročila NTV z njihovim andronskim trkalnikom), včasih pišejo "android" (Imperij vrača udarec). V meščanskem netu tudi ne zaostajajo in namesto "hadron" v iskalnik vozijo "hardon" (v pravoslavni angleščini je hard-on riser). Zanimivo črkovanje v beloruščini je "Vyaliki hadronny paskaralnik", kar pomeni "Veliki hadronski pospeševalnik".

hadronski trkalnik. Fotografija

Evropski center za jedrske raziskave ali preprosto CERN je kraj, kjer lahko Nobelov nagrajenec za fiziko zlahka obeduje poleg vas v jedilnici. Po vsem svetu je znan po najmočnejšem pospeševalniku delcev, velikem hadronskem trkalniku. Po skoraj desetih letih dela je čas za inventuro – je eden najbolj ambicioznih znanstvenih projektov našega časa upravičil upe znanstvenikov?

Leta 2008 sem bil v desetem razredu. Kljub temu, da me fizika v tistih letih še sploh ni zanimala, me val navdušenja ni mogel obiti: iz vsakega železa so trobili, da se bo kmalu zagnal »stroj sodnega dne«. Da bo takoj, ko zelo pomemben direktor dvigne stikalo, nastala črna luknja in z nami bo konec. Na dan uradnega zagona velikega hadronskega trkalnika so nekateri učitelji pri pouku celo dovolili ogled reportaže s prizorišča.

Najhujše se ni zgodilo. Na splošno se ni zgodilo nič - stikalo je bilo dvignjeno, preprostemu laiku nerazumljive številke so skočile na računalniški zaslon in znanstveniki so začeli praznovati. Na splošno, zakaj so ga lansirali, ni bilo jasno.

Nedvomno brez velikega hadronskega trkalnika znanstvenikom ne bi uspelo priti do nekaterih pomembnih odkritij – vključno z odkritjem Higgsovega bozona. Toda ali bo mogoče izvesti vse načrtovano in ali še obstajajo možnosti za LHC - o tem bomo povedali.

Eksperiment DELPHI na velikem elektronsko-pozitronskem trkalniku

Big Brother: Veliki elektronsko-pozitronski trkalnik

V poznih sedemdesetih letih 20. stoletja se je fizika osnovnih delcev razvijala skokovito. Za preizkušanje napovedi standardnega modela so leta 1976 v Evropskem centru za jedrske raziskave (CERN, iz francoskega CERN) predlagali projekt Large Electron-Positron Collider (BEP ali LEP - iz angleškega Large Electron-Positron Collider). - Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire). Med številnimi različnimi konfiguracijami je bila izbrana lokacija bodočega eksperimenta v podzemnem tunelu, dolgem 27 kilometrov. Pospešil naj bi elektrone in pozitrone do energij reda deset in sto gigaelektronvoltov: trčna žarka sta se križala na štirih točkah, kjer so bili nato postavljeni eksperimenti ALEPH, DELPHI, OPAL in L3.

Z vidika fizikov energije ni nikoli dovolj: možnost BEP, izbrana za izvedbo, je bila kompromis med ceno in močjo; Upoštevani so bili tudi daljši predori, ki lahko močneje pospešijo delce. Nastala energija bi se lahko uporabila za testiranje standardnega modela, vendar je bila premajhna za iskanje tako imenovane "nove fizike" - pojavov, ki jih njeni zakoni ne predvidevajo. Za te namene so mnogo bolj primerni hadronski trkalniki - pospeševalci sestavljenih delcev, kot so protoni, nevtroni in atomska jedra. Leta 1977, v času razprave o BEP, je John Adams, takratni direktor CERN-a, predlagal, da bi predor razširili in vanj postavili oba pospeševalnika hkrati - tako elektron-pozitronski kot hadronski. Vendar je svet, ki sprejema končne odločitve, to idejo zavrnil in leta 1981 je bil odobren projekt velikega trkalnika elektronov in pozitronov.

Tunel velikega hadronskega trkalnika

Zamenjal ga je LHC

BEP je deloval več kot deset let: od 1989 do 2000. V ta čas sodijo številni pomembni poskusi, kot je potrditev napovedanih mas nosilcev šibke interakcije - W- in Z-bozonov, pa tudi merjenje različnih parametrov standardnega modela z natančnostjo brez primere. In že leta 1984 je potekala konferenca "Veliki hadronski trkalnik v predoru LEP", posvečena vprašanju izgradnje novega trkalnika po prenehanju dela njegovega predhodnika.

Leta 1991 je bil končno potrjen projekt velikega hadronskega trkalnika (LHC ali LHC - iz angleškega Large Hadron Collider), s pomočjo katerega je bilo načrtovano doseči skupno energijo trkajočih se delcev 14 teraelektronvoltov, to je stokrat večji od tistega, ki ga je razvil Veliki elektron-pozitronski trkalnik.

Leta 1992 je potekalo srečanje o znanstvenem programu velikega hadronskega trkalnika: skupaj je bilo prejetih dvanajst prijav za različne poskuse, ki bi jih lahko zgradili na mestu štirih točk trčenja žarkov. V naslednjih letih sta bila odobrena dva splošna eksperimenta - ATLAS in CMS, eksperiment ALICE za študij težkih ionov in LHCb, posvečen fiziki delcev, ki vsebujejo b-kvarke. Veliki hadronski trkalnik so začeli graditi leta 2000, prve žarke pa so prejeli že leta 2008: od takrat pa vse do danes LHC poleg načrtovane zaustavitve pospešuje delce in zbira podatke v načinu delovanja.

Rusija v CERN-u

Ruska federacija je od leta 1993 država opazovalka v CERN-u, kar daje njenim predstavnikom pravico do udeležbe na sestankih, ne daje pa jim pravice glasovanja pri sprejemanju pomembnih odločitev. Leta 2012 je bila v imenu Vlade Ruske federacije podana izjava o nameri Ruske federacije, da postane pridružena članica CERN-a, ki še ni bila podprta.

Skupno je približno 700 ruskih znanstvenikov iz dvanajstih znanstvenih organizacij, kot so Skupni inštitut za jedrske raziskave, Ruski raziskovalni center Kurčatov inštitut, Inštitut za jedrske raziskave Ruske akademije znanosti in Moskovska državna univerza po imenu M.V. Lomonosov.

Vbrizgalno vezje velikega hadronskega trkalnika

Kakšna je prednost pospeševanja delcev?

Shema dela velikega hadronskega trkalnika je sestavljena iz več stopenj. Preden pridejo neposredno v LHC, gredo delci skozi vrsto predpospeševalnih stopenj: na ta način pridobijo hitrost hitreje in hkrati z manj energije. Prvič, v linearnem pospeševalniku LINAC2 protoni oziroma jedra dosežejo energijo 50 megaelektronvoltov; nato izmenično vstopajo v Booster Synchrotron (PSB), Proton Synchrotron (PS) in Proton Super Synchrotron (SPS), v trenutku vbrizga v trkalnik pa je skupna energija delcev 450 gigaelektronvoltov.

Poleg glavnih štirih eksperimentov v predoru velikega hadronskega trkalnika je predpospeševalni sistem mesto za več kot deset eksperimentov, ki ne zahtevajo tako velike energije delcev. Sem spadajo zlasti eksperiment NA61/SHINE, ki raziskuje parametre interakcije težkih ionov s fiksno tarčo; eksperiment ISOLDE, ki preučuje lastnosti atomskih jeder, in AEGIS, ki proučuje gravitacijski pospešek Zemlje z uporabo antivodika.

Iskanje božjega delca in nova fizika

Že na samem začetku, v fazi razvoja, je bil napovedan ambiciozen znanstveni program velikega hadronskega trkalnika. Najprej je bilo zaradi navedb, prejetih na BEP, načrtovano iskanje Higgsovega bozona, takrat še hipotetične komponente standardnega modela, odgovorne za maso vseh delcev. Vključno z načrti znanstvenikov je bilo iskanje supersimetričnega Higgsovega bozona in njegovih superpartnerjev, ki so vključeni v minimalno supersimetrično razširitev standardnega modela.

Na splošno je bilo kot ločeno smer načrtovano iskanje in testiranje modelov "nove fizike". Za testiranje supersimetrije, pri kateri je vsak bozon povezan s fermionom in obratno, naj bi iskali ustrezne partnerje za delce standardnega modela. Za preizkušanje teorij z dodatnimi prostorskimi dimenzijami, kot sta teorija strun ali M-teorija, je bila napovedana možnost postavljanja omejitev števila dimenzij v našem svetu. Prav iskanje odstopanj od standardnega modela je veljalo in še vedno velja za eno glavnih nalog LHC.

Manj odmevni problemi: študij kvark-gluonske plazme in kršitev invariantnosti CP

Top kvark, najtežji od šestih kvarkov v standardnem modelu, je bil zaradi njegove izjemno velike mase 173 gigaelektronvoltov opažen šele pred velikim hadronskim trkalnikom v pospeševalniku Tevatron v Nacionalnem pospeševalnem laboratoriju Enrico Fermi v Združenih državah. Med trki v LHC je bilo zaradi njegove moči pričakovati rojstvo velikega števila top kvarkov, kar je znanstvenike zanimalo z dveh vidikov. Prvi je bil povezan s preučevanjem hierarhije delcev: trenutno obstajajo tri generacije kvarkov (zgornji kvark je dokončal tretjo), vendar je možno, da jih je še več. Po drugi strani pa je proizvodnja Higgsovega bozona med razpadom top kvarka veljala za glavno metodo za njegovo eksperimentalno detekcijo.

Leta 1964 je bila odkrita kršitev kombinirane invariantnosti CP (iz angleškega "charge" - naboj in "parity" - pariteta), ki ustreza zrcalni podobi našega sveta s popolno zamenjavo vseh delcev z ustreznimi antidelci. To dejstvo igra pomembno vlogo v teorijah o nastanku vesolja, ki poskušajo razložiti, zakaj je vsa naša materija sestavljena iz materije in ne iz antimaterije. Med drugim se kršitev CP-paritete kaže v obnašanju B-mezonov - delcev, katerih aktivna proizvodnja je bila predvidena v procesu trkov v LHC, in z njihovo pomočjo so znanstveniki upali osvetliti vzroke ta pojav.

Delovanje velikega hadronskega trkalnika v načinu trka težkih jeder naj bi vodilo do rekonstrukcije stanja kvark-gluonske plazme, ki jo po sodobnih pojmovanjih opazimo 10-5 sekund po velikem poku - stanje tako "vroče", da kvarki in gluoni ne delujejo drug z drugim in ne tvorijo delcev in jeder, kot se dogaja v normalnem stanju. Razumevanje procesov nastanka in ohlajanja kvark-gluonske plazme je nujno za preučevanje procesov kvantne kromodinamike, veje fizike, odgovorne za opisovanje močnih interakcij.

Shema odkritja Higgsovega bozona v eksperimentu ATLAS

Odkritje novih delcev na LHC

Torej, s čim se lahko pohvali Veliki hadronski trkalnik za celo desetletje svojega delovanja?

Najprej je seveda najbolj znano odkritje julija 2012 odkritje Higgsovega bozona z maso 126 gigaelektronvoltov. Samo leto pozneje sta Peter Higgs in François Engler prejela Nobelovo nagrado za fiziko za teoretično napoved obstoja "božjega delca", odgovornega za maso vse snovi v vesolju. Sedaj pa so fiziki postavljeni pred novo nalogo – razumeti, zakaj ima želeni bozon takšno maso; nadaljuje se tudi iskanje supersimetričnih partnerjev Higgsovega bozona.

Leta 2015 so v poskusu LHCb odkrili stabilne pentakvarke – delce, sestavljene iz petih kvarkov, leto kasneje pa – kandidate za vlogo tetrakvarkov – delce, sestavljene iz dveh kvarkov in dveh antikvarkov. Doslej je veljalo, da opazovani delci niso sestavljeni iz več kot treh kvarkov, fiziki pa morajo še izpopolniti teoretični model, ki bi opisal takšna stanja.

Še vedno znotraj standardnega modela

Fiziki so upali, da bo LHC lahko rešil problem supersimetrije - bodisi ga popolnoma ovrgel ali razjasnil, v katero smer se je vredno premakniti, saj obstaja ogromno možnosti za takšno razširitev standardnega modela. Doslej ni bilo mogoče narediti ne enega ne drugega: znanstveniki postavljajo različne omejitve na parametre supersimetričnih modelov, ki lahko izločijo najpreprostejše možnosti, vendar zagotovo ne rešijo globalnih vprašanj.

Prav tako ni bilo eksplicitnih navedb fizikalnih procesov zunaj standardnega modela, na kar je verjetno večina znanstvenikov računala. Vendar je vredno omeniti, da je poskus LHCb tudi pokazal, da B-mezon, težak delec, ki vsebuje b-kvark, ne razpade na način, kot predvideva standardni model. Takšno vedenje samo po sebi lahko na primer služi kot pokazatelj obstoja drugega nevtralnega nosilca šibke interakcije, Z' bozona. Zaenkrat znanstveniki delajo na nizu eksperimentalnih podatkov, ki bodo omejili različne eksotične scenarije.

Možna shema bodočega 100-kilometrskega trkalnika

Je čas, da začnete kopati nov predor?

Bi lahko Veliki hadronski trkalnik upravičil trud in sredstva, vložena vanj? Nedvomno, čeprav doslej niso bili doseženi vsi cilji, zastavljeni v desetletju. Trenutno je v teku druga faza delovanja pospeševalnika, nato pa bo izvedena načrtovana namestitev in pričetek tretje faze zbiranja podatkov.

Znanstveniki ne izgubijo upanja na naslednja velika odkritja in že načrtujejo nove trkalnike, na primer z dolžino tunela kar 100 kilometrov.