Hadron Collider: Start. Ang Malaking Hadron Collider bakit? Nasaan?

Kasaysayan ng accelerator, na kung saan alam namin ngayon bilang ang Large Hadron Collider ay nagsisimula pa mula noong 2007. Sa una ito makapagsimula sa ang pagkakasunod-sunod ng accelerator ng sayklotron. Ang aparato ay isang maliit na aparato na madaling Tama ang sukat sa talahanayan. Pagkatapos ay ang kuwento ng accelerators ay bumuo steadily. Ito ay lumitaw synchrotron at synchrotron.

Sa kasaysayan ng marahil ang pinaka-nakakaaliw ay ang panahon 1956-1957 taon. Noong panahong iyon, Sobiyet science, lalo na physics, ay hindi pagkahuli sa likod ng mga banyagang kapatid na lalaki. Paggamit ng mga naipon na mga taon ng karanasan, ang Sobiyet pisisista nagngangalang Vladimir Veksler na ginawa ng isang pambihirang tagumpay sa agham. Ang mga ito ay ang pinaka-makapangyarihang synchrotron sa panahon ay nilikha. Nito nagtatrabaho kapasidad ay 10 GeV (10 bilyong volts elektron). Pagkatapos nito pagtuklas ay nilikha na seryosong mga halimbawa ng mga accelerators: Malaking Electron-Positron Collider, isang accelerator Swiss, Alemanya, Estados Unidos. Ang lahat ay may iisang layunin - ang pag-aaral ng mga pangunahing particles ng quarks.

Ang Malaking Hadron Collider ay nilikha noong simula salamat sa pagsisikap ng Italian pisisista. At ang pangalan niya'y Carlo Rubbia, Nobel Prize pinagpipitagan. Sa panahon ng kanyang aktibidad Rubbia nagtrabaho bilang director sa European Organization para sa Nuclear Research. Ito ay nagpasya upang bumuo at patakbuhin ang LHC ay on-site na pananaliksik center.

Saan Hadron Collider?

Collider ilagay sa hangganan sa pagitan ng Switzerland at France. Haba ng kanyang circumference ay 27 kilometro, at sa gayon ito ay tinatawag na malaki. accelerator singsing napupunta pabalik 50-175 metro. Ang magnet 1232 ay nakatakda collider. Sila ay superconducting, na nangangahulugan na ang isa ay maaaring bumuo ng isang maximum na larangan para sa acceleration, dahil sa ang enerhiya gastos ng mga naturang magneto ay halos absent. Ang kabuuang bigat ng bawat magnet ay 3.5 tonelada sa isang haba ng 14.3 metro.

Tulad ng anumang pisikal na bagay, ang Large Hadron Collider ay bumubuo ng init. Samakatuwid, ito ay kinakailangan upang patuloy na cool. Para sa layuning ito, temperatura ay pinananatili sa 1.7 K gumagamit ng 12 milyong litro ng liquid nitrogen. Sa karagdagan, liquid helium (700,000 liters) ay ginagamit para sa paglamig, at pinaka-mahalaga - ang presyon ay ginagamit, na kung saan ay sampung beses na mas mababa kaysa sa normal atmospheric presyon.

Temperatura 1.7 K centigrade ay -271 degrees. Ang nasabing temperatura ay halos malapit sa absolute zero. Absolute zero ay tinatawag na sa posibleng pinakamababang limitasyon, na maaaring magkaroon ng isang pisikal na katawan.

Ang panloob na bahagi ng tunnel ay hindi kukulangin kawili-wili. May mga niobiyum-titan superconducting cable na may posibilidad. Ang kanilang haba ay 7600 kilometro. Ang kabuuang bigat ay 1,200 tonelada cable. Ang interior ng cable - isang sistema ng mga ugat ng mga wire 6300 na may kabuuang distansya ng 1.5 bilyong kilometro. haba nito ay katumbas ng 10 astronomical unit. Halimbawa, ang distansya mula sa lupa upang ang araw ay 10 naturang unit.

Kung makipag-usap namin tungkol sa kanyang mga heograpikal na lokasyon, maaari itong sinabi na ang collider rings hindi nagsasabi ng totoo sa pagitan ng mga lungsod ng Saint-Genis at Forno Voltaire matatagpuan sa Pranses bahagi, pati na rin Marin at Vessurat - na may Swiss side. Maliit na ring, na tinatawag PS, umaabot sa kahabaan ng hangganan ng lapad.

Ang raison d'être

Upang sagutin ang tanong na "Ano ang LHC", kailangan mo upang i-on sa mga siyentipiko. Maraming mga siyentipiko sabihin na ito ay ang dakilang imbensyon para sa buong panahon ng pag-iral ng agham, at na agham nang wala ito, na kung saan ay kilala sa amin ngayon, lamang ay hindi magkaroon ng kahulugan. Ang pagkakaroon at ang paglulunsad ng Large Hadron Collider ay kagiliw-giliw sa na banggaan ng mga particle sa LHC ay isang pagsabog. Ang lahat ng mga fine particle scatter sa iba't ibang direksyon. Upang bumuo ng bagong mga particle, na maaaring ipaliwanag ang pag-iral at kahulugan ng marami.

Ang unang bagay na ang mga siyentipiko Sinubukan upang mahanap ang mga particle nag-crash - theoretically ito ay hinulaang sa pamamagitan ng pisisista Peter Higgs elementaryong partikulo na tinatawag na "Higgs boson". Ang kaakit-akit maliit na butil ay isang carrier ng impormasyon, ay isinasaalang-alang. Gayon pa man ito ay tinatawag na isang "maliit na butil ng Diyos". Pagbukas ito ay ilipat siyentipiko upang maunawaan ang uniberso. Dapat ito ay nabanggit na sa 2012, 4 Hulyo, Hadron Collider (simulan ito bahagyang nagtagumpay) upang makatulong na makahanap ng isang katulad na butil. Upang petsa, ang mga siyentipiko ay sinusubukan upang mag-aral ito nang detalyado.

Hanggang kailan maghahaka ...

Siyempre, ang tanong agad arises, bakit siyentipiko kaya mahaba upang pag-aralan ang mga particle. Kung mayroon kang isang device, maaari kang magpatakbo ng ito, at sa bawat oras na mag-shoot nang higit pa at mas maraming data. Ang katotohanan na ang mga gawain ng LHC - ito ay isang mamahaling kasiyahan. One launch nagkakahalaga ng isang malaking sum. Halimbawa, ang taunang enerhiya consumption ay katumbas ng 800 milyong. KW / h. Ito dami ng enerhiya natupok sa bayan na may populasyong tungkol sa 100 thousand. Man, ang average na pamantayan. Hindi kabilang dito ang mga gastos sa maintenance. Ang isa pang dahilan - ay na ang LHC pagsabog na nangyayari kapag pitting ang protons nakatali upang makabuo ng isang malaking bilang ng data: isang computer-nababasa impormasyon upang ang pagproseso tumatagal ng isang pulutong ng mga oras. Kahit sa kabila ng katotohanan na ang kapangyarihan ng mga computer na matanggap ang impormasyong ito, kahit malaki sa pamamagitan ng mga pamantayan ngayon.

Ang isa pang dahilan - ito ay hindi gaanong sikat na dark matter. Siyentipiko nagtatrabaho sa collider sa direksyong ito, sigurado na sa nakikitang hanay ng uniberso ay lamang 4%. Ito ay ipinapalagay na ang magpahinga - ito ay dark matter at madilim na enerhiya. Pagtuklas sinusubukan upang patunayan na ito teorya ay tama.

Hadron Collider: para sa o laban sa

Ilagay sa harap ang teorya ng dark matter tinatawag na sa tanong ang kaligtasan ng pag-iral ng LHC. Ang tanong lumitaw: "Hadron Collider: para sa o laban?" Siya ay nag-aalala maraming mga siyentipiko. Ang lahat ng mga mahusay na mga isipan ng mundo ay nahahati sa dalawang kategorya. "Ang mga kalaban" ay ilagay sa harap ng isang nakawiwiling teorya na kung ang naturang bagay ay umiiral, at pagkatapos ay dapat itong maging kanyang mga tapat na butil. At ang banggaan ng mga particle sa accelerator ay lilitaw mas madidilim na bahagi. May ay isang panganib na ang madilim na bahagi at ang bahagi na nakikita namin mukha. Pagkatapos ay maaari itong humantong sa ang kamatayan ng uniberso. Gayunpaman, pagkatapos ng unang start LHC na ito teorya ay naging isang bahagi ay marupok.

Susunod sa kahalagahan pagdating ng pagsabog ng uniberso, o sa halip - ang kapanganakan. Ito ay pinaniniwalaan na ang mga banggaan ay maaaring obserbahan kung paano ang uniberso sumusunod sa unang segundo ng pag-iral. Ang paraan siya ay tumingin matapos sa pinagmulan ng ang Big Bang. Ito ay pinaniniwalaan na ang maliit na butil banggaan proseso ay katulad na katulad sa isa na ay sa simula ng kapanganakan ng uniberso.

Hindi bababa sa isa pang hindi kapani-paniwala na ideya na siyentipiko check - ito ay exotic modelo. Mukhang hindi kapani-paniwala, ngunit mayroong isang teorya na kung saan ay nagpapahiwatig na may mga iba pang mga sukat at mga universes tulad ng mga tao sa amin. At nang kakatwa sapat, ang accelerator at ay magagawang upang makatulong.

Sa madaling sabi, ang layunin ng pagkakaroon ng accelerator ay upang maunawaan kung ano ang sansinukob ay, kung paano ito ay nilikha, upang patunayan o pasinungalingan ang anumang umiiral na teorya ng mga particle at mga kaugnay na phenomena. Of course, ito ay tumagal ng taon, ngunit sa bawat simula, bagong tuklas na binawi sa mundo ng agham.

Katotohanan tungkol sa accelerator

Alam ng lahat na ang accelerator accelerates particle hanggang sa 99% sa bilis ng liwanag, ngunit hindi maraming tao malaman na ang porsyento ay katumbas ng 99.9999991% ng bilis ng liwanag. Ang kahanga-hangang figure saysay dahil sa mga perpektong disenyo at malakas na magneto mapabilis. Kami ay dapat ding tandaan ang ilan sa mga mas kilalang mga katotohanan.

Ang mga numero na ginawa sa banggaan ng mga particle sa panahon ng acceleration

Ang bilang ng mga proton sa isang bungkos	sa 100 Bln. (1011)
bilang ng mga bunches	sa 2808
Ang bilang ng pagpasa proton beams sa detector zone	hanggang sa 31 milyon. ikalawang zone 4
Ang bilang ng mga particle banggaan sa intersection	hanggang 20
Dami ng bawat banggaan data	1.5 MB
Dami ng mga particle Higgs	1 bit bawat 2.5 segundo (sa buong intensity ng beam at alinsunod sa mga tiyak na pagpapalagay tungkol sa mga katangian ng mga particle Higgs)

Humigit-kumulang 100 milyon. Streams ng data na nagmumula sa bawat isa sa mga dalawang pangunahing mga detektor ay maaaring sa isang bagay ng segundo upang makumpleto ng higit sa 100,000 mga CD. Sa isang buwan lamang ang bilang ng mga discs na naabot tulad ng isang taas na kapag sila ihiga sa stack, magiging sapat na upang ang buwan. Ito ay samakatuwid ay nagpasya hindi upang mangolekta ng lahat ng mga data na nanggaling mula sa mga detektor, ngunit lamang ang mga taong pinapayagan na gamitin ang data collection system, na sa katunayan ay gumaganap bilang isang filter para sa data. Ito ay nagpasya upang i-record lamang sa 100 mga kaganapan na naganap sa panahon ng pagsabog. Mga Nairecord na ang mga kaganapang ito ay i-archive ang data sentro ng LHC system, kung saan ay matatagpuan sa European Laboratory para sa Particle Physics, sino ay din ang lugar ng posisyon accelerator. Ay itatala ang mga kaganapan na na-record, at mga taong ay kumakatawan sa mga pang-agham na komunidad ang pinakamalaking interes.

aftertreatment

Pagkatapos ng pagtatala ng isang daang kilobytes ng data upang maisaproseso. Para sa layuning ito, mahigit sa dalawang milyong mga computer na matatagpuan sa CERN. Ang layunin ng mga computer ay ang pagproseso ng mga raw data at ang pagbuo ng kanilang base, na kung saan ay maging kapaki-pakinabang para sa karagdagang pag-aaral. Ang karagdagang nakabuo ng data stream ay mapupunta sa isang computer network GRID. Ito online na network uugnay sa libu-libong mga computer na matatagpuan sa iba't ibang institusyon sa buong mundo, binds ng higit sa isang daang mga pangunahing sentro, na matatagpuan sa tatlong kontinente. Ang lahat ng naturang mga punto ay konektado sa CERN gamit optical fibers - para sa maximum na rate ng data.

Pagsasalita ng mga katotohanan, ito ay kinakailangan upang banggitin din tungkol sa istraktura ng mga pisikal na mga tagapagpahiwatig. Tunnel accelerator ay isang paglihis ng 1.4% mula sa pahalang eroplano. Ginawa ito sa unang lugar upang ilagay ang karamihan sa mga accelerator tunnel sa monolitik bato. Kaya ang lalim ng placement sa kabaligtaran panig ay magkaiba. Kung ipinapalagay namin mula sa lawa, kung saan ay matatagpuan malapit sa Geneva, ang lalim ay 50 metro. Ang kabaligtaran bahagi ay may isang depth ng 175 metro.

Ang mga interesanteng bagay ay na ang ukol sa buwan phase makakaapekto sa accelerator. Ito ay maaaring mukhang tulad ng isang malayong bagay ay maaaring kumilos sa layo. Ngunit ito ay nabanggit na sa panahon ng kabilugan ng buwan, kapag may isang paggulong ng alon ng lupa sa Geneva na lugar, tumataas sa pamamagitan ng mas maraming bilang 25 sentimetro. Ito ay nakakaapekto sa haba ng collider. Haba at dahil doon incremented ng 1 milimetro, at ang tahilan enerhiya ay nabago sa pamamagitan 0.02%. Dahil ang enerhiya ng beam control ay dapat na gaganapin hanggang sa 0.002%, ang mga mananaliksik ay dapat isaalang-alang ito kababalaghan.

Gayundin kawili-wiling ay na ang collider tunnel ay may hugis ng isang may walong sulok sa halip na isang lupon, dahil marami ang. Mga anggulong binubuo ng mga maikling mga seksyon. Ang mga ito ay nakaayos nakapirming detector at mga sistema na namamahala sa pinabilis na butil beam.

kaayusan

Hadron Collider, ang paglunsad ng na kung saan ay kaugnay na may maraming mga detalye at ang kaguluhan ng mga siyentipiko - isang kamangha-manghang na aparato. Lahat ng accelerator ay binubuo ng dalawang rings. Maliit na ring tinatawag proton synchrotron o, gamitin daglat - PS. Malaking singsing - Super Proton Synchrotron, o SPS. Magkasama ang dalawang rings payagan ang nagsasabog ng bahaging ito sa 99.9% sa bilis ng liwanag. Kaya Collider ay nagdaragdag at ang enerhiya ng protons, pagdaragdag ng kanilang kabuuang enerhiya ng 16 beses. Ito rin ay nagbibigay-daan sa mga particle nagbanggaan sa bawat isa humigit-kumulang 30 Mill. Time / s. sa loob ng 10 na oras. 4 pangunahing mga detektor ay nakuha hindi hihigit sa 100 terabytes ng mga digital na data sa bawat segundo. Tumatanggap ng data dahil sa mga indibidwal na mga kadahilanan. Halimbawa, maaari nilang tiktikan elementarya particle, na kung saan ay may isang negatibong electrical singil, at magkaroon ng isang half-spin. Dahil ang mga particle ay hindi panatag, at pagkatapos ay idirekta ang kanilang detection imposible ay posible upang makita lamang ang kanilang enerhiya upang maging emitted sa isang tiyak na anggulo sa beam axis. Ang hakbang na ito ay tinatawag na isang unang antas trigger. Ang hakbang na ito ay sinundan sa pamamagitan ng higit sa 100 mga espesyal na card data, na kung saan ay isinama sa logic pagpapatupad. bahagi na ito ay nailalarawan sa na sa panahon ng pagtanggap ng data ay isang seleksyon ng mga bloke ng higit sa 100 tysyach data sa isang segundo. Pagkatapos, ang mga data ay ginagamit para sa pag-aaral, na kung saan nangyayari ang paggamit ng isang mas mataas na antas mekanismo.

Next Level Systems, pasalungat, makatanggap ng impormasyon mula sa lahat ng daloy detector. Software detector nagpapatakbo sa network. May gagamitin nito ang isang malaking bilang ng mga computer upang iproseso ang mga kasunod na mga bloke ng data, ang average na oras sa pagitan ng mga bloke ng - 10 microseconds. Programa ay mangangailangang lumikha ng isang marka ng mga particle, naaayon sa orihinal na point. Ang resulta ay isang data set nabuo na binubuo ng momentum, enerhiya, at iba pang mga landas na lumitaw sa panahon ng isang kaganapan.

accelerator bahagi

Lahat ng accelerator ay maaaring nahahati sa 5 pangunahing bahagi:

1) ang elektron-positron accelerator collider. bahagi ay tungkol sa 7 tysyach magneto sa superconducting properties. Gamit ang mga ito ay nangyayari sa pamamagitan ng mga hugis ng bilog direksyon ng beam tunnel. At sila rin ay tumutok sa isang poste sa isang daloy na ang width ay nababawasan na ang lapad ng isang solong buhok.

2) Compact muon solenoid. detector na ito ay dinisenyo para sa pangkalahatang layunin. Sa ganoong detector ay naghahanap para sa mga bagong phenomena at, halimbawa, hanapin ang Higgs particle.

3) Detector LHCb. Ang kabuluhan ng mga aparatong ito ay upang maghanap para sa mga quark at ang mga particle sumalansang sa kanila - antiquarks.

4) Ang toroidal install ATLAS. detector na ito ay dinisenyo para sa pagkapirmi ng muon.

5) Alice. detector na ito kinukuha nagbabanggaan nangunguna ions, at proton-proton banggaan.

Hirap simulan ang LHC

Sa kabila ng ang katunayan na ang pagkakaroon ng mataas na teknolohiya ay nag-aalis ang posibilidad ng mga error sa practice ang lahat ng bagay ay naiiba. Sa panahon ng pagkaantala, pati na rin ang pagkabigo panahon ng accelerator assembly. dapat kong sabihin na ito di-inaasahang sitwasyon ay hindi. Ang aparato ay naglalaman ng maraming mga nuances at nangangailangan ng tulad na katiyakan na ang mga siyentipiko asahan ang parehong mga resulta. Halimbawa, ang isa sa mga problema na nahaharap ng mga siyentipiko sa panahon ng paglunsad - ang pagtanggi ng magnet, na nakatutok beams ng protons kaagad bago ang banggaan. Ito malubhang aksidente ay sanhi ng pagkasira ng bundok dahil sa ang pagkawala ng superconducting magnet.

Ang problemang ito lumitaw noong 2007. Dahil sa ito, ang paglulunsad ng collider ipagpaliban ng ilang beses, at sa Hunyo ang paglunsad naganap, halos isang taon Collider pa nagsimula.

Ang huling launch ng collider ay matagumpay, ito ay nangangalap ng maraming mga terabytes ng data.

Hadron Collider, ang paglunsad ng kung saan naganap noong Abril 5, 2015, matagumpay na nagpapatakbo. Sa panahon ng buwan beams ay Chase sa paligid ng ring, dahan-dahan pagtaas ng kapangyarihan. Ang layunin para sa pag-aaral dahil dito, hindi. banggaan enerhiya beams ay nadagdagan. Ang halaga ng pag-angat ng 7-13 TeV TeV. Ang pagtaas na ito ay magbibigay-daan upang makita ang mga bagong pagkakataon sa banggaan ng particle.

Noong 2013 at 2014. ay malubhang teknikal na inspeksyon ng mga tunnels, accelerators, detector at iba pang mga kagamitan. Ang resulta ay 18 bipolar magneto ay superconducting function. Dapat ito ay nabanggit na ang kabuuang bilang ng mga ito ay 1232 piraso. Gayunpaman, ang mga natitirang mga magnet ay hindi nawala hindi napapansin. Kung hindi man kami ay palitan ang sistema ng proteksyon laban sa paglamig down, ilagay napabuti. Gayundin pinabuting ang paglamig sistema ng mga magneto. Ito ay nagpapahintulot sa mga ito upang manatili sa mababang temperatura, na may maximum na kapangyarihan.

Kung ang lahat ng napupunta mabuti, ang susunod na paglunsad ng accelerator ay magaganap lamang pagkatapos ng tatlong taon. Sa pamamagitan ng panahon na ito ay naka-iskedyul nakaplanong trabaho upang mapabuti, ang mga teknikal na pagsusuri sa collider.

Dapat ito ay nabanggit na ang pagkumpuni mga gastos ng isang matipid sa pera, nang hindi isinasaalang-alang ang gastos. Hadron Collider, tulad ng 2010 ay may isang halaga na katumbas ng 7.5 bln. Euro. figure na ito ay ipinapakita ang buong proyekto sa unang lugar sa listahan ng pinakamahal na mga proyekto sa kasaysayan ng agham.

Kamakailang mga balita

Hadron Collider, ang paglunsad ng kung saan naganap pagkatapos ng break, ay matagumpay. Kagiliw-giliw na data ay nakolekta. Halimbawa, katibayan ay iniharap na ang mga modernong ideya ng tamang particle. Ito ay ginawa posibleng salamat sa wastong pagpapatakbo ng CMS at LHCb detector. Ang mga ito detectors pagkabulok BS nahuli sa pamamagitan ng dalawang meson, kung saan ay direktang ebidensiya fidelity modernong theories.

Ito ay nagkakahalaga ng humihingi ng tanong, kung paano ay ang patunay ng teorya na ito. Ang isang paraan - ito ay ang pagkuha ng mga bagong particle. Iyon ay, kung ang isang banggaan ay magiging bagong elementarya particle, na nangangahulugan na ang mga makabagong teorya ay dapat na nasuri.

Siyentipiko natuon sa maliit na butil dahil maaari itong ipakita, o hindi bababa sa buksan ang pinto sa direksyon ng supersymmetry. Ito ay isang magandang simula para sa karagdagang pag-aaral at trabaho sa Center para sa Pananaliksik Pang-Agham sa Geneva.

Ano ang susunod?

Pagkatapos ng pagpunta sa susunod na mangyayari paggawa ng makabago ng collider ay tasked sa karagdagang pag-aaral ng particle. Sa partikular, ito ay kinakailangan upang malaman ang higit pa tungkol sa Higgs boson. Sa kabila ng katotohanan na para sa pagkatuklas na ito ay iginawad ang Nobel Prize, hindi lahat ng mga pag-aari nito ganap na naiintindihan at napatunayan. Samakatuwid, ang mga siyentipiko ay may isang mahaba at mahirap na trabaho sa pag-aaral ng mga ito kamangha-manghang mga particle.

Bilang karagdagan, dapat mong patuloy na gagana upang patunayan o pasinungalingan ang teorya ng supersymmetry. Kahit na ito tila isang bit kamangha-manghang, ngunit ito ay may karapatan na umiiral. Huwag isipin na ang lahat ng atensiyon ay ibinibigay lamang sa unang isyu ng kahalagahan para sa bawat proyekto ay may sariling pangkat ng mga siyentipiko na nagtatrabaho sa patlang na ito.

Of course, ito ay hindi ang lahat ng mga gawain na kailangan upang maging direksiyon sa mga siyentipiko. Sa bawat bagong terabyte ng impormasyon na natanggap ng isang listahan ng mga tanong patuloy na pupunan, at ang kanilang mga sagot ay maaaring tumingin up sa paglipas ng mga taon.