Üzerine çizilen Çarpıştırıcının konumu ile harita

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

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

Üst kuarkları keşfetmek

İnşaat geçmişi

LHC güçlendiriciyi barındırmak için tasarlanmış 27 km'lik yeraltı tüneli

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

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

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

testler

Özellikler

Bir çarpıştırıcıda parçacıkları hızlandırma süreci

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

Güç tüketimi

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

Dağıtılmış Bilgi İşlem

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

Kontrolsüz fiziksel süreçler

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

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

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

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

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

Doğal hızlar ve enerjilerle karşılaştırma

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

mikroskobik kara delikler

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

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

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

Son olarak, mikroskobik kara deliklerin ortaya çıkışını öngören ekstra uzamsal boyutlara sahip teoriler, yalnızca ekstra boyutların sayısı en az üç olduğunda deneysel verilerle çelişmez. Ancak çok fazla ekstra boyutla, bir kara deliğin Dünya'ya önemli bir zarar vermesi için milyarlarca yıl geçmesi gerekiyor.

askı

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

Notlar

  1. LHC için nihai rehber (İngilizce) S. 30.
  2. LHC: temel gerçekler. "Büyük Bilimin Unsurları". 15 Eylül 2008'de alındı.
  3. Tevatron Electroweak Çalışma Grubu, Üst Alt Grup
  4. LHC senkronizasyon testi başarılı
  5. Enjeksiyon sisteminin ikinci testi aralıklıydı, ancak hedefe ulaşıldı. "Büyük bilimin unsurları" (24 Ağustos 2008). 6 Eylül 2008'de alındı.
  6. LHC dönüm noktası günü hızlı bir başlangıç ​​​​yapıyor
  7. LHC'yi hızlandıran bilimdeki ilk ışın.
  8. LHC ekibi için görev tamamlandı. fizik dünyası.com. 12 Eylül 2008'de alındı.
  9. LHC'de kararlı bir sirkülasyon demeti başlatılır. "Büyük bilimin unsurları" (12 Eylül 2008). 12 Eylül 2008'de alındı.
  10. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki bir olay, deneyleri süresiz olarak geciktirir. "Büyük Bilimin Unsurları" (19 Eylül 2008). 21 Eylül 2008'de alındı.
  11. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, ilkbahar - CERN'e kadar çalışmaya devam etmeyecek. DEA Novosti (23 Eylül 2008). 25 Eylül 2008'de alındı.
  12. http://press.web.cern.ch/Press/PressReleases/Releases2008/PR14.08E.html
  13. https://edms.cern.ch/file/973073/1/Report_on_080919_incident_at_LHC__2_.pdf
  14. https://lhc2008.web.cern.ch/LHC2008/inauguration/index.html
  15. Hasarlı mıknatısları onarmak, önceden düşünülenden daha kapsamlı olacaktır. "Büyük bilimin unsurları" (09 Kasım 2008). 12 Kasım 2008'de erişildi.
  16. 2009 takvimi. "Büyük bilimin unsurları" (18 Ocak 2009). Erişim tarihi: 18 Ocak 2009.
  17. CERN basın açıklaması
  18. Büyük Hadron Çarpıştırıcısının 2009-2010 çalışma planı onaylandı. "Büyük Bilimin Unsurları" (6 Şubat 2009). 5 Nisan 2009'da erişildi.
  19. LHC deneyleri.
  20. Pandora'nın Kutusu açılır. Vesti.ru (9 Eylül 2008). 12 Eylül 2008'de alındı.
  21. Parçacık Çarpıştırıcı Deneylerinde Tehlike Potansiyeli
  22. Dimopoulos S., Landsberg G. Büyük Hadron Çarpıştırıcısında Kara Delikler Fizik. Rev. Lett. 87 (2001)
  23. Blaizot J.-P. et al. LHC'de Ağır İyon Çarpışmaları Sırasında Potansiyel Olarak Tehlikeli Olayların İncelenmesi.
  24. LHC Çarpışmalarının Güvenliğinin Gözden Geçirilmesi LHC Güvenlik Değerlendirme Grubu
  25. Hızlandırıcıların Risklerinin Eleştirel Bir İncelemesi. Proza.ru (23 Mayıs 2008). 17 Eylül 2008'de alındı.
  26. LHC'de bir felaket olasılığı nedir?
  27. Yargı Günü
  28. Bir Yargıçtan Dünyayı Kurtarmasını İstemek ve Belki Çok Daha Fazlası
  29. LHC'nin neden güvenli olacağına dair açıklama
  30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (İspanyolca)
  31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (Almanca)
  32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (fr)
  33. H. Heiselberg. Kuark damlacıklarında tarama // Fiziksel İnceleme D. - 1993. - T. 48. - No. 3. - S. 1418-1423. DOI:10.1103/PhysRevD.48.1418
  34. M. Alford, K. Rajagopal, S. Reddy, A. Steiner. Garip yıldız kabuklarının ve garip cisimciklerin kararlılığı // Amerikan Fizik Derneği. Fiziksel İnceleme D. - 2006. - T. 73, 114016.
Yayın tarihi: 09/17/2012

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı nedir? Neden gerekli? Dünyanın sonunun gelmesine neden olabilir mi? Hadi hepsini parçalayalım.

BAK nedir?

Bu, partikül dağılım borusuna benzeyen devasa bir dairesel tüneldir. Fransa ve İsviçre topraklarının altında yaklaşık 100 metre derinlikte bulunur. Dünyanın her yerinden bilim adamları inşaatına katıldı.

LHC, parçacıklara kütle veren mekanizma olan Higgs bozonunu bulmak için inşa edildi. İkincil bir amaç da kuarkları - hadronları oluşturan temel parçacıklar (dolayısıyla "hadron" çarpıştırıcısı adı) incelemektir.

Birçok insan safça LHC'nin dünyadaki tek parçacık hızlandırıcı olduğuna inanıyor. Bununla birlikte, 1950'lerden bu yana dünya çapında bir düzineden fazla çarpıştırıcı inşa edildi. LHC en büyüğü olarak kabul edilir - uzunluğu 25.5 km'dir. Ek olarak, yapısı daha küçük çaplı başka bir hızlandırıcı içerir.

LHC ve medya

İnşaatın başlangıcından bu yana, hızlandırıcının yüksek maliyeti ve tehlikesi hakkında birçok makale ortaya çıktı. Çoğu insan paranın boşa gittiğine inanıyor ve bir tür parçacığı bulmak için neden bu kadar çok para ve çaba harcamanın gerekli olduğunu anlamıyor.

Birincisi, LHC tarihteki en pahalı bilimsel proje değil. Fransa'nın güneyinde, pahalı bir termonükleer reaktöre sahip Cadarache'nin bilimsel merkezi var. Cadarache 6 ülkenin (Rusya dahil) desteğiyle inşa edildi; şu anda, yaklaşık 20 milyar dolar yatırım yapılmış durumda. İkincisi, Higgs bozonunun keşfi, dünyaya birçok devrim niteliğinde teknoloji getirecek. Ayrıca ilk cep telefonu icat edildiğinde insanlar onun icadıyla da olumsuz olarak karşılaştılar...

BAC nasıl çalışır?

LHC, parçacık demetlerini yüksek hızlarda çarpar ve sonraki davranışlarını ve etkileşimlerini izler. Kural olarak, bir parçacık demeti önce yardımcı halka üzerinde hızlandırılır ve daha sonra ana halkaya gönderilir.

En güçlü mıknatısların çoğu, parçacıkları çarpıştırıcının içinde tutar. Çarpışma saniyeden çok daha kısa bir sürede gerçekleştiğinden, yüksek hassasiyetli aletler parçacıkların hareketini kaydeder.

Çarpıştırıcının çalışmalarının organizasyonu CERN (Nükleer Araştırma Örgütü) tarafından yürütülmektedir.

Sonuç olarak, büyük çabalar ve finansal yatırımların ardından 4 Temmuz 2012'de CERN, Higgs bozonunun bulunduğunu resmen açıkladı. Elbette pratikte bulunan bozonun bazı özellikleri teorik yönlerden farklılık gösterir, ancak bilim adamlarının Higgs bozonunun “gerçekliği” konusunda hiçbir şüpheleri yoktur.

Neden bir BAC'ye ihtiyacınız var?

Sıradan insanlar için LHC ne kadar faydalıdır? Higgs bozonunun keşfi ve kuarkların incelenmesiyle ilgili bilimsel keşifler gelecekte yeni bir bilimsel ve teknolojik devrime yol açabilir.

Birincisi, kütle duran enerji olduğundan (kabaca konuşursak), gelecekte maddeyi enerjiye dönüştürmek mümkündür. O zaman enerji ile ilgili herhangi bir sorun olmayacak, bu da uzak gezegenlere seyahat etmenin mümkün olacağı anlamına geliyor. Ve bu yıldızlararası seyahate doğru bir adım ...

İkincisi, kuantum yerçekimi çalışması, gelecekte yerçekimini kontrol etmeye izin verecektir. Ancak bu, yakın zamanda olmayacak, çünkü gravitonlar henüz çok iyi anlaşılmamıştır ve bu nedenle yerçekimini kontrol eden cihaz tahmin edilemez olabilir.

Üçüncüsü, M-teorisini (sicim teorisinin bir türevi) daha detaylı anlamak için bir fırsat var. Bu teori, evrenin 11 boyuttan oluştuğunu belirtir. M-teorisi "her şeyin teorisi" olduğunu iddia ediyor, bu da onun incelenmesinin evrenin yapısını daha iyi anlamamızı sağlayacağı anlamına geliyor. Kim bilir, belki gelecekte bir insan hareket etmeyi ve diğer boyutları etkilemeyi öğrenecektir.

LHC ve Dünyanın Sonu

Birçok insan LHC'nin çalışmasının insanlığı yok edebileceğini iddia ediyor. Kural olarak, fizikte yetersiz bilgili insanlar bunun hakkında konuşur. LHC'nin lansmanı birçok kez ertelendi, ancak 10 Eylül 2008'de yine de piyasaya sürüldü. Bununla birlikte, LHC'nin hiçbir zaman tam güce hızlandırılmadığını belirtmekte fayda var. Bilim adamları, Aralık 2014'te LHC'yi tam kapasitede başlatmayı planlıyorlar. Gelelim dünyanın sonunun olası sebeplerine ve diğer söylentilere...

1. Bir kara delik yaratmak

Bir kara delik, yalnızca maddeyi değil, aynı zamanda ışığı ve hatta zamanı da çeken büyük yerçekimine sahip bir yıldızdır. Bir kara delik birdenbire ortaya çıkamaz, bu nedenle CERN bilim adamları, kararlı bir kara deliğin ortaya çıkma şansının son derece küçük olduğuna inanmaktadır. Ancak bu mümkün. Parçacıklar çarpıştığında, boyutu gezegenimizi birkaç yıl içinde (veya daha hızlı) yok etmek için yeterli olan mikroskobik bir kara delik oluşturulabilir. Ancak insanlık korkmamalı, çünkü Hawking radyasyonu sayesinde kara delikler hızla kütlelerini ve enerjilerini kaybederler. Bilim adamları arasında, çarpıştırıcının içindeki güçlü bir manyetik alanın kara deliğin parçalanmasına izin vermeyeceğine inanan kötümserler olsa da. Sonuç olarak gezegeni yok edecek bir kara deliğin oluşma ihtimali çok küçük ama böyle bir ihtimal var.

2. "Karanlık Madde"nin Oluşumu

O aynı zamanda bir “garip madde”, bir garip (garip bir damlacık), bir “garip”. Bu, başka bir maddeyle çarpıştığında onu benzerine dönüştüren bir maddedir. Şunlar. bir yabancı cisim ve sıradan bir atom çarpıştığında, zincirleme reaksiyona yol açan iki yabancı madde oluşur. Çarpıştırıcıda böyle bir madde ortaya çıkarsa, insanlık birkaç dakika içinde yok olacaktır. Ancak bunun olma olasılığı bir kara deliğin oluşumu kadar küçüktür.

3. Antimadde

Çarpıştırıcının çalışması sırasında gezegeni yok edecek kadar çok miktarda antimaddenin ortaya çıkabileceği gerçeğiyle ilgili versiyon en yanıltıcı görünüyor. Mesele şu ki, antimadde oluşma şansı çok küçük değil, yerçekiminin olmadığı özel kaplarda saklanan dünya üzerinde zaten antimadde örnekleri var. Dünya'da gezegeni yok edebilecek kadar çok miktarda antimaddenin ortaya çıkması olası değildir.

sonuçlar

Rusya'nın pek çok sakini, "Büyük Hadron Çarpıştırıcısı" ifadesini doğru bir şekilde nasıl heceleyeceğini bile bilmiyor, amacı hakkındaki bilgileri hakkında hiçbir şey söylemedi. Ve bazı sözde peygamberler, Evrende akıllı medeniyetler olmadığını, çünkü bilimsel ilerleme kaydeden her medeniyetin bir çarpıştırıcı yarattığını iddia ediyor. Sonra medeniyeti yok eden bir kara delik oluşur. Buradan galaksilerin merkezindeki çok sayıda büyük karadeliği açıklıyorlar.

Ancak bir an önce LHC'yi fırlatmamız gerektiğine inananlar da var, aksi takdirde uzaylılar geldiğinde bizi vahşi olarak gördükleri için yakalayacaklar.

Sonunda, LHC'nin bize ne getireceğini öğrenmenin tek yolu beklemek. Er ya da geç, bizi neyin beklediğini hala öğreniyoruz: yıkım veya ilerleme.


Son Bilim ve Teknoloji ipuçları:

Bu tavsiye size yardımcı oldu mu? Geliştirmesi için istediğiniz miktarda bağış yaparak projeye yardımcı olabilirsiniz. Örneğin, 20 ruble. Yada daha fazla:)

GR (yerçekimi hakkında) ve SM (üç temel fiziksel etkileşimi birleştiren standart model - elektromanyetik, güçlü ve zayıf) olmak üzere iki temel teoriyi birleştirmenin yollarını aramaktır. LHC'nin yaratılmasından önce bir çözüm bulmak, bir kuantum yerçekimi teorisi yaratmanın zorlukları nedeniyle engellendi.

Bu hipotezin inşası, iki fiziksel teorinin - kuantum mekaniği ve genel görelilik - birleşimini içerir.

Bunun için modern zamanlarda birkaç popüler ve gerekli yaklaşım aynı anda kullanıldı - sicim teorisi, zar teorisi, süper yerçekimi teorisi ve kuantum yerçekimi teorisi. Çarpıştırıcının yapımından önce, gerekli deneylerin yapılmasındaki temel sorun, diğer modern parçacık hızlandırıcılarla elde edilemeyen enerji eksikliğiydi.

Cenevre LHC, bilim adamlarına daha önce mümkün olmayan deneyler yapma fırsatı verdi. Yakın gelecekte, aparatın yardımıyla birçok fiziksel teorinin doğrulanacağına veya çürütüleceğine inanılıyor. En sorunlu olanlardan biri, uzun süredir fiziksel olanı iki kampa bölen süpersimetri veya sicim teorisidir - "stringers" ve rakipleri.

LHC'nin çalışmalarının bir parçası olarak gerçekleştirilen diğer temel deneyler

Bilim adamlarının, şu anda bilinen tüm temel parçacıkların en kuarkları ve en ağırları (173.1 ± 1.3 GeV / c²) olan üst kuarkları inceleme alanındaki araştırması da ilginçtir.

Bu özellik nedeniyle, LHC'nin yaratılmasından önce bile, bilim adamları Tevatron hızlandırıcısında sadece kuarkları gözlemleyebildiler, çünkü diğer cihazların yeterli gücü ve enerjisi yoktu. Buna karşılık, kuarklar teorisi, sansasyonel Higgs bozonu hipotezinin önemli bir unsurudur.

Kuarkların yaratılması ve özelliklerinin incelenmesiyle ilgili tüm bilimsel araştırmalar, bilim adamları tarafından LHC'deki üst kuark-antikuark buhar odasında gerçekleştirilir.

Cenevre projesinin önemli bir amacı, aynı zamanda Higgs bozonunun varlığının deneysel kanıtıyla da ilgili olan elektrozayıf simetri mekanizmasını inceleme sürecidir. Sorunu daha kesin olarak tanımlarsak, o zaman çalışmanın konusu bozonun kendisi değil, Peter Higgs tarafından tahmin edilen elektrozayıf etkileşimin simetrisini ihlal etme mekanizmasıdır.

LHC ayrıca süpersimetriyi araştırmak için deneyler yapar - ve istenen sonuç, hem herhangi bir temel parçacığın her zaman daha ağır bir ortağın eşlik ettiği teorisinin kanıtı hem de reddi olacaktır.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, nasıl ve neden yaratıldığı, ne işe yaradığı ve insanlık için ne gibi potansiyel tehlikeler oluşturduğu hakkında birkaç gerçek.

1. LHC'nin veya Büyük Hadron Çarpıştırıcısının inşaatı 1984'te tasarlandı ve sadece 2001'de başladı. Beş yıl sonra, 2006'da, farklı ülkelerden 10 binden fazla mühendis ve bilim adamının çabaları sayesinde, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı tamamlandı.

2. LHC, dünyanın en büyük deney tesisidir.

3. Peki neden Büyük Hadron Çarpıştırıcısı?
Katı boyutundan dolayı büyük olarak adlandırılmıştır: parçacıkların sürüldüğü ana halkanın uzunluğu yaklaşık 27 km'dir.
Hadron - kurulum hadronları (kuarklardan oluşan parçacıklar) hızlandırdığı için.
Çarpıştırıcı - özel noktalarda birbirleriyle çarpışan, zıt yönde hızlanan parçacık ışınları nedeniyle.

4. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ne için? LHC, bilim adamlarının atomlarla deneyler yürüttüğü, iyonları ve protonları büyük bir hızla bir araya getirdiği ultra modern bir araştırma merkezidir. Bilim adamları, araştırmaların yardımıyla Evrenin görünümünün gizemlerinin üzerindeki perdeyi kaldırmayı umuyorlar.

5. Proje, bilim camiasına astronomik bir meblağ olan 6 milyar dolara mal oldu. Bu arada Rusya, bugün hala çalışmakta olan LHC'ye 700 uzman atadı. LHC siparişleri Rus işletmelerine yaklaşık 120 milyon dolar getirdi.

6. Şüphesiz LHC'de yapılan asıl keşif, 2012 yılında Higgs bozonunun ya da diğer adıyla “Tanrı parçacıkları”nın keşfidir. Higgs bozonu, Standart Modeldeki son halkadır. Bak'e'deki bir diğer önemli olay, 2.36 teraelektronvoltluk rekor çarpışma enerjisi değerine ulaşılmasıdır.

7. Rusya'dakiler de dahil olmak üzere bazı bilim adamları, CERN'deki (aslında çarpıştırıcının bulunduğu Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü) büyük ölçekli deneyler sayesinde, bilim adamlarının dünyanın ilk zaman makinesini inşa edebileceklerine inanıyorlar. Ancak çoğu bilim insanı meslektaşlarının iyimserliğini paylaşmıyor.

8. İnsanlığın gezegendeki en güçlü hızlandırıcı hakkındaki temel korkuları, çevreleyen maddeyi yakalayabilen mikroskobik kara deliklerin oluşumunun bir sonucu olarak insanlığı tehdit eden tehlikeye dayanmaktadır. Başka bir potansiyel ve son derece tehlikeli tehdit daha var - varsayımsal olarak, giderek daha fazla yeni kayış oluşturmak için bir atomun çekirdeğiyle çarpışabilen ve tüm Evrenin maddesini dönüştürebilen kayışların (Garip damlacıktan üretilen) ortaya çıkması. Ancak, en saygın bilim adamlarının çoğu, böyle bir sonucun olası olmadığını söylüyor. Ama teorik olarak mümkün

9. 2008 yılında, CERN, Hawaii eyaletinin iki sakini tarafından dava edildi. CERN'i, bilim adamlarından güvenlik garantisi talep ederek, ihmal yoluyla insanlığı sona erdirmeye çalışmakla suçladılar.

10. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, İsviçre'de Cenevre yakınlarında bulunuyor. CERN'de ziyaretçilerin çarpıştırıcının ilkeleri ve neden yapıldığı hakkında net bir şekilde açıklandığı bir müze var.

11 . Ve son olarak, biraz eğlenceli bir gerçek. Yandex'deki taleplere bakılırsa Büyük Hadron Çarpıştırıcısı hakkında bilgi arayan birçok kişi hızlandırıcının adının nasıl yazılacağını bilmiyor. Örneğin, "andron" yazıyorlar (ve yalnızca NTV'nin andron çarpıştırıcısı ile rapor ettiği değeri yazmakla kalmıyorlar), bazen "android" yazıyorlar (İmparatorluk karşılık veriyor). Burjuva ağında da geride kalmıyorlar ve “hadron” yerine arama motoruna “hardon” sürüyorlar (Ortodoks İngilizcesinde, hard-on bir yükselticidir). Belarusça'da ilginç bir yazım, “Büyük hadron hızlandırıcı” olarak tercüme edilen “Vyaliki hadronny paskaralnik” tir.

Hadron Çarpıştırıcısı. Bir fotoğraf

Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi veya kısaca CERN, fizikte Nobel ödüllü bir kişinin yemek odasında yanınızda kolayca yemek yiyebileceği bir yerdir. Dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ile tanınır. Neredeyse on yıllık bir çalışmanın ardından, değerlendirme zamanı geldi - zamanımızın en iddialı bilimsel projelerinden biri bilim adamlarının umutlarını haklı çıkardı mı?

2008 yılında onuncu sınıftaydım. O yıllarda fiziğe hiç ilgi duymamama rağmen, bir heyecan dalgası beni atlatamadı: her demirden “kıyamet makinesinin” piyasaya sürülmek üzere olduğunu söylediler. Çok Önemli Yönetmen düğmeyi kaldırır kaldırmaz bir kara delik oluşacak ve hepimizin işi bitecek. Büyük Hadron Çarpıştırıcısının resmi olarak piyasaya sürüldüğü gün, bazı öğretmenler derslerinde olay yerinden bir rapor izlemelerine bile izin verdiler.

En kötüsü olmadı. Genel olarak, hiçbir şey olmadı - anahtar yükseltildi, basit bir meslekten olmayan kişi için anlaşılmaz sayılar bilgisayar ekranına sıçradı ve bilim adamları kutlamaya başladı. Genel olarak, neden başlattıkları belli değildi.

Kuşkusuz, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı olmasaydı, bilim adamları Higgs bozonunun keşfi de dahil olmak üzere bazı önemli keşifler yapamazlardı. Ancak planlananların tümünü uygulamak mümkün olacak mı ve LHC için hala umut olup olmadığı - bundan bahsedeceğiz.

Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısında DELPHI deneyi

Ağabey: Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı

XX yüzyılın yetmişli yıllarının sonlarında, temel parçacık fiziği sıçramalar ve sınırlarla geliştirildi. 1976'da Standart Modelin tahminlerini test etmek için, Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi'nde (CERN, Fransız CERN'den) Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı (BEP veya LEP - İngiliz Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısından) projesi önerildi. - Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) . Birçok farklı konfigürasyon arasından, 27 kilometre uzunluğundaki bir yeraltı tünelinde gelecekteki deneyin yeri seçildi. Elektronları ve pozitronları onlarca ve yüzlerce gigaelektronvolt düzeyindeki enerjilere hızlandırması gerekiyordu: çarpışan ışınlar, daha sonra ALEPH, DELPHI, OPAL ve L3 deneylerinin yerleştirildiği dört noktada kesişti.

Fizikçilerin bakış açısından, enerji asla yeterli değildir: Uygulama için seçilen BEP seçeneği, maliyet ve güç arasında bir uzlaşmaydı; parçacıkları daha güçlü bir şekilde hızlandırabilen daha uzun tüneller de düşünüldü. Ortaya çıkan enerji, Standart Modeli test etmek için kullanılabilir, ancak sözde "yeni fizik" - yasaları tarafından tahmin edilmeyen fenomenleri - aramak için çok küçüktü. Hadron çarpıştırıcıları bu tür amaçlar için çok daha uygundur - protonlar, nötronlar ve atom çekirdeği gibi bileşik parçacıkların hızlandırıcıları. 1977'de, BEP'in tartışıldığı sırada, o zamanki CERN direktörü John Adams, tüneli genişletmeyi ve hem elektron-pozitron hem de hadron hızlandırıcısı olmak üzere her iki hızlandırıcıyı aynı anda oraya yerleştirmeyi önerdi. Ancak nihai kararları veren konsey bu fikri reddetti ve 1981'de Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı projesi onaylandı.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısının Tüneli

LHC tarafından değiştirildi

BEP on yıldan fazla çalıştı: 1989'dan 2000'e. Zayıf etkileşim taşıyıcılarının tahmin edilen kütlelerinin - W- ve Z-bozonlarının doğrulanması ve ayrıca Standart Modelin çeşitli parametrelerinin benzeri görülmemiş bir doğrulukla ölçülmesi gibi bir dizi önemli deney bu zamana aittir. Ve zaten 1984'te, selefinin çalışmalarının sona ermesinden sonra yeni bir çarpıştırıcı inşa etme konusuna adanmış "LEP Tünelinde Büyük Hadron Çarpıştırıcısı" konferansı düzenlendi.

1991 yılında, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC veya LHC - İngiliz Büyük Hadron Çarpıştırıcısından) projesi nihayet onaylandı ve bunun yardımıyla 14 teraelektronvoltluk toplam çarpışan parçacıkların enerjisinin elde edilmesi planlandı. Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı tarafından geliştirilenden yüz kat daha büyük.

1992'de Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın bilimsel programı hakkında bir toplantı yapıldı: dört ışın çarpışma noktasında inşa edilebilecek çeşitli deneyler için toplam on iki başvuru alındı. Takip eden yıllarda, iki genel deney onaylandı - ATLAS ve CMS, ağır iyonlar ve LHCb çalışmaları için ALICE deneyi, b-kuarkları içeren parçacıkların fiziğine adanmış. Büyük Hadron Çarpıştırıcısının inşaatı 2000 yılında başladı ve ilk ışınlar 2008'de alındı: o zamandan beri ve bugüne kadar, planlanan kapatmaya ek olarak, LHC parçacıkları hızlandırıyor ve çalışma modunda veri topluyor.

CERN'de Rusya

Rusya Federasyonu, 1993'ten beri CERN'de gözlemci bir ülkedir ve temsilcilerine toplantılara katılma hakkı verir, ancak önemli kararlar alırken oy kullanma hakkı vermez. 2012 yılında, Rusya Federasyonu Hükümeti adına, Rusya Federasyonu'nun henüz desteklenmeyen CERN'e ortak üye olma niyetine ilişkin bir açıklama yapıldı.

Toplamda, Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü, Rus Araştırma Merkezi Kurchatov Enstitüsü, Rusya Bilimler Akademisi Nükleer Araştırma Enstitüsü ve M.V. Lomonosov.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısının enjeksiyon devresi

Hızlanan parçacıkların avantajı nedir?

Büyük Hadron Çarpıştırıcısının çalışma şeması birçok aşamadan oluşmaktadır. Parçacıklar doğrudan LHC'ye girmeden önce bir dizi hızlanma öncesi aşamadan geçerler: bu şekilde daha hızlı ve aynı zamanda daha az enerji ile hız kazanırlar. İlk olarak, lineer hızlandırıcı LINAC2'de protonlar veya çekirdekler 50 megaelektronvoltluk bir enerjiye ulaşır; daha sonra sırayla Booster Synchrotron (PSB), Proton Synchrotron (PS) ve Proton Super Synchrotron (SPS)'ye girerler ve çarpıştırıcıya enjeksiyon anında toplam parçacık enerjisi 450 gigaelektronvolttur.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı tünelindeki ana dört deneye ek olarak, ön hızlandırıcı sistem, bu kadar büyük bir parçacık enerjisi gerektirmeyen ondan fazla deney için bir sitedir. Bunlar arasında, özellikle, ağır iyonların sabit bir hedefle etkileşiminin parametrelerini araştıran NA61/SHINE deneyi; atom çekirdeğinin özelliklerini inceleyen ISOLDE deneyi ve antihidrojen kullanarak Dünya'nın yerçekimi ivmesini inceleyen AEGIS.

Tanrı'nın bir parçacığı ve yeni fizik arayışı

Daha en başında, geliştirme aşamasında, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın iddialı bilimsel programı açıklandı. Her şeyden önce, BEP'de alınan göstergeler nedeniyle, o zamanlar Standart Model'in hala varsayımsal bir bileşeni olan ve tüm parçacıkların kütlesinden sorumlu olan Higgs bozonunun aranması planlandı. Bilim adamlarının planları dahil, Standart Modelin minimal süpersimetrik uzantısına dahil olan süpersimetrik Higgs bozonunu ve süper ortaklarını araştırmayı içeriyordu.

Genel olarak, ayrı bir yön olarak, "yeni fizik" modellerinin araştırılması ve test edilmesi planlandı. Her bozonun bir fermiyonla ilişkili olduğu ve bunun tersi olduğu süpersimetriyi test etmek için, Standart Modelin parçacıkları için karşılık gelen ortakları araması gerekiyordu. Sicim teorisi veya M-teorisi gibi ek uzamsal boyutlara sahip teorileri test etmek için dünyamızdaki boyutların sayısına sınır koyma olasılığı açıklandı. LHC'nin ana görevlerinden biri olarak kabul edilen ve hala kabul edilen Standart Modelden sapmaların araştırılmasıdır.

Daha az yüksek profilli problemler: kuark-gluon plazma çalışması ve CP değişmezliğinin ihlali

Standart Modeldeki altı kuarkın en ağırı olan üst kuark, 173 gigaelektronvoltluk aşırı büyük kütlesi nedeniyle, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Enrico Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'ndaki Tevatron hızlandırıcısında Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndan önce gözlemlendi. LHC'deki çarpışmalar sırasında, gücünden dolayı, bilim adamlarını iki açıdan ilgilendiren çok sayıda üst kuarkın doğuşu bekleniyordu. İlki, parçacıkların hiyerarşisinin incelenmesiyle ilgiliydi: şu anda üç kuark nesli var (üst kuark üçüncüyü tamamladı), ancak onlardan daha fazlasının olması mümkündür. Öte yandan, üst kuarkın bozunması sırasında Higgs bozonunun üretimi, deneysel tespiti için ana yöntem olarak kabul edildi.

1964'te, dünyamızın ayna görüntüsüne karşılık gelen tüm parçacıkların tamamen değiştirilmesiyle karşılık gelen (İngilizce "yük" - yük ve "parite" - pariteden) birleşik CP değişmezliğinin ihlali keşfedildi. Bu gerçek, tüm maddemizin neden antimaddeden değil de maddeden oluştuğunu açıklamaya çalışan Evrenin oluşumu teorilerinde önemli bir rol oynar. Diğer şeylerin yanı sıra, CP-parite ihlali, aktif üretimi LHC'deki çarpışma sürecinde kabul edilen B-mezonlarının - parçacıklarının davranışında kendini gösterir ve onların yardımıyla bilim adamları, nedenlerine ışık tutmayı umdular. bu olgu.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısının ağır çekirdeklerin çarpışma modunda çalışması, modern kavramlara göre Büyük Patlama'dan 10-5 saniye sonra gözlemlenen kuark-gluon plazma durumunun yeniden inşasına yol açmalıydı - bir durum o kadar "sıcak" ki, kuarklar ve gluonlar birbirleriyle etkileşmezler ve normal durumda olduğu gibi parçacıklar ve çekirdekler oluşturmazlar. Kuark-gluon plazmasının orijin ve soğuma süreçlerini anlamak, güçlü etkileşimleri tanımlamaktan sorumlu fizik dalı olan kuantum renk dinamiği süreçlerini incelemek için gereklidir.

ATLAS deneyinde Higgs bozonunun keşfinin şeması

LHC'de yeni parçacıkların keşfi

Öyleyse, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, on yıllık çalışması boyunca neyle övünebilir?

Birincisi, elbette, keşiflerin en ünlüsü, Temmuz 2012'de 126 gigaelektronvolt kütleli Higgs bozonunun keşfidir. Sadece bir yıl sonra, Peter Higgs ve François Engler, evrendeki tüm maddenin kütlesinden sorumlu bir "Tanrı parçacığının" varlığını teorik olarak öngördükleri için Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldüler. Ancak şimdi fizikçiler yeni bir görevle karşı karşıyalar - istenen bozonun neden böyle bir kütleye sahip olduğunu anlamak; Higgs bozonunun süpersimetrik ortak arayışı da devam ediyor.

2015 yılında, LHCb deneyi, kararlı pentakuarklar - beş kuarktan oluşan parçacıklar ve bir yıl sonra - tetrakuarkların rolü için adaylar - iki kuark ve iki antikuarktan oluşan parçacıklar keşfetti. Şimdiye kadar, gözlemlenen parçacıkların en fazla üç kuarktan oluştuğuna inanılıyordu ve fizikçiler henüz bu tür durumları tanımlayacak teorik modeli geliştirmediler.

Hala Standart Modelde

Fizikçiler, LHC'nin süpersimetri problemini çözebileceğini umuyorlardı - ya tamamen çürütüyor ya da Standart Modelin böyle bir uzantısı için çok sayıda seçenek olduğu için hangi yönde hareket etmeye değer olduğunu netleştiriyor. Şimdiye kadar, birini veya diğerini yapmak mümkün olmadı: bilim adamları, en basit seçenekleri ayıklayabilen, ancak kesinlikle küresel sorunları çözmeyen süpersimetrik modellerin parametrelerine çeşitli kısıtlamalar getirdi.

Ayrıca, belki de çoğu bilim insanının güvendiği Standart Model dışında fiziksel süreçlerin açık bir göstergesi yoktu. Bununla birlikte, LHCb deneyinin, bir b-kuark içeren ağır bir parçacık olan B-mezonun, Standart Modelin öngördüğü şekilde bozunmadığını da gösterdiğini belirtmekte fayda var. Bu tür davranış kendi içinde, örneğin, zayıf etkileşimin başka bir nötr taşıyıcısının, Z' bozonunun varlığının bir göstergesi olarak hizmet edebilir. Şimdiye kadar bilim adamları, çeşitli egzotik senaryoları sınırlayacak bir dizi deneysel veri üzerinde çalışıyorlar.

Gelecekteki 100 kilometrelik çarpıştırıcının olası şeması

Yeni bir tünel kazmaya başlamanın zamanı geldi mi?

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, kendisine harcanan çabaları ve fonları haklı çıkarabilir mi? Kuşkusuz, on yıl için belirlenen hedeflerin tümüne şimdiye kadar ulaşılamadı. Şu anda hızlandırıcı operasyonunun ikinci aşaması devam ediyor, ardından planlanan kurulum gerçekleştirilecek ve veri toplamanın üçüncü aşaması başlayacak.

Bilim adamları bir sonraki büyük keşifleri yapma umudunu kaybetmiyorlar ve şimdiden örneğin 100 kilometreye kadar tünel uzunluğuna sahip yeni çarpıştırıcılar planlıyorlar.