Hadron Collider: Mula. Large Hadron Collider mengapa? Di mana?

Sejarah pemecut, yang kita tahu hari ini sebagai Large Hadron Collider bermula lebih sejak tahun 2007. Pada mulanya ia bermula dengan kronologi pemecut siklotron. Peranti ini adalah peranti kecil yang mudah sesuai di atas meja. Kemudian kisah pemecut telah membangunkan mantap. Ia muncul sinkrotron dan sinkrotron.

Dalam sejarah mungkin yang paling menghiburkan adalah tempoh 1956-1957 tahun. Pada masa itu, sains Soviet, terutamanya fizik, tidak ketinggalan saudara asing. Menggunakan tahun terkumpul pengalaman, ahli fizik Soviet bernama Vladimir Veksler membuat satu kejayaan dalam bidang sains. Mereka sinkrotron yang paling berkuasa pada masa yang telah dibuat. keupayaan kerja Its adalah 10 GeV (10 bilion volt elektron). Selepas penemuan ini telah dicipta contoh serius pemecut: Large Electron-Positron Collider, pemecut Swiss, Jerman, Amerika Syarikat. Mereka semua mempunyai satu matlamat yang sama - kajian zarah asas kuark.

Large Hadron Collider telah diwujudkan pada pertama tempat terima kasih kepada usaha-usaha ahli fizik Itali. Namanya Carlo Rubbia, pemenang Hadiah Nobel. Semasa aktivitinya Rubbia bekerja sebagai pengarah di Pertubuhan Eropah untuk Penyelidikan Nuklear. Ia telah memutuskan untuk membina dan menjalankan LHC adalah pusat penyelidikan di lokasi.

Mana Hadron Collider?

Collider diletakkan di sempadan antara Switzerland dan Perancis. Panjang lilitan itu adalah 27 kilometer, dan jadi ia dipanggil besar. pemecut cincin kembali 50-175 meter. The magnet 1232 ditetapkan collider. Mereka superkonduktor, yang bermaksud seseorang boleh membangunkan bidang maksimum untuk pecutan, kerana kos tenaga magnet tersebut adalah hampir tidak hadir. Jumlah berat setiap magnet adalah 3.5 tan pada panjang 14.3 meter.

Seperti mana-mana objek fizikal, Large Hadron Collider menghasilkan haba. Oleh itu, adalah perlu untuk sentiasa sejuk. Untuk tujuan ini, suhu dikekalkan pada 1.7 K menggunakan 12 juta liter nitrogen cecair. Di samping itu, cecair helium (700,000 liter) digunakan untuk menyejukkan, dan yang paling penting - tekanan digunakan, yang sepuluh kali lebih rendah daripada tekanan atmosfera yang normal.

Suhu 1.7 K centigrade ialah -271 darjah. Seperti suhu adalah hampir dekat dengan sifar mutlak. sifar mutlak dipanggil had yang lebih rendah, yang boleh mempunyai badan fizikal.

Bahagian dalam terowong tidak kurang menarik. Terdapat kabel superkonduktor niobium-titanium dengan kemungkinan. panjangnya 7600 kilometer. Jumlah berat badan adalah 1,200 tan kabel. Bahagian dalam kabel - satu plexus wayar 6300 dengan jarak keseluruhan 1.5 bilion kilometer. Panjang ini adalah sama dengan 10 unit astronomi. Sebagai contoh, jarak dari bumi ke matahari adalah 10 unit itu.

Jika kita bercakap mengenai lokasi geografi, ia boleh dikatakan bahawa cincin collider terletak di antara bandar-bandar di Saint-Genis dan Forno Voltaire terletak di sebelah Perancis, serta Marin dan Vessurat - dengan pihak Swiss. cincin kecil, yang dipanggil PS, terbentang sepanjang sempadan garis pusat.

The raison d'être

Untuk menjawab soalan "Apakah LHC", anda perlu beralih kepada para saintis. Ramai saintis mengatakan bahawa ia adalah ciptaan yang besar bagi tempoh keseluruhan kewujudan sains, dan sains yang tanpanya, yang dikenali kepada kita hari ini, hanya tidak masuk akal. kewujudan dan pelancaran Hadron Collider adalah menarik kerana perlanggaran zarah dalam LHC adalah letupan. Semua zarah halus berselerak di arah yang berbeza. Untuk membentuk zarah baru, yang boleh menjelaskan kewujudan dan makna banyak.

Perkara pertama yang saintis telah cuba untuk mencari zarah ini terhempas - ia secara teori diramalkan oleh ahli fizik Peter Higgs zarah asas yang dikenali sebagai "Higgs boson". Ini zarah yang menakjubkan adalah pembawa maklumat, akan dipertimbangkan. Namun, ia dipanggil "zarah Tuhan". Membukanya akan bergerak saintis untuk memahami alam semesta. Perlu diingatkan bahawa pada tahun 2012, 4 Julai, Hadron Collider (memulakannya sebahagiannya berjaya) untuk membantu mencari zarah yang sama. Setakat ini, saintis cuba untuk mengkaji secara terperinci.

Berapa lama lagi ...

Sudah tentu, soalan segera timbul, mengapa ahli-ahli sains yang lama untuk mengkaji zarah ini. Jika anda mempunyai peranti, anda boleh menjalankannya, dan setiap masa untuk menembak lebih dan lebih banyak data. Hakikat bahawa kerja-kerja LHC - ia adalah satu keseronokan mahal. Satu pelancaran bayaran sejumlah wang yang besar. Sebagai contoh, penggunaan tenaga tahunan adalah sama dengan 800 juta. KW / h. ini jumlah tenaga yang digunakan bandar dengan penduduk kira-kira 100 ribu. Man, pada tahap yang sederhana. Ini tidak termasuk kos penyelenggaraan. Satu lagi sebab - adalah bahawa letupan LHC yang berlaku apabila bopeng proton terikat untuk menghasilkan sejumlah besar data: a maklumat komputer yang boleh dibaca supaya pemprosesan mengambil banyak masa. Malah, walaupun hakikat bahawa kuasa komputer yang menerima maklumat, walaupun besar oleh standard hari ini.

Satu lagi sebab - ia adalah tidak kurang terkenal perkara gelap. Saintis yang bekerja dengan collider ke arah ini, memberi jaminan bahawa julat nampak alam ini adalah hanya 4%. Ia diandaikan bahawa yang lain - ia adalah perkara gelap dan tenaga gelap. Uji kaji cuba untuk membuktikan bahawa teori ini adalah betul.

Hadron Collider: untuk atau terhadap

Mengemukakan teori perkara gelap dipersoalkan keselamatan kewujudan LHC. Persoalannya timbul: "Hadron Collider: menyokong atau menentang?" Beliau bimbang ramai saintis. Semua minda yang hebat di dunia dibahagikan kepada dua kategori. "Lawan" telah mengemukakan teori yang menarik yang jika perkara tersebut wujud, maka ia mesti zarah lawannya. Dan perlanggaran zarah dalam pemecut kelihatan sebahagian gelap. Terdapat risiko bahawa bahagian yang gelap dan bahagian yang kita lihat muka. Maka ia boleh membawa kepada kematian alam semesta. Walau bagaimanapun, selepas permulaan LHC pertama teori ini telah sebahagiannya rosak.

Seterusnya dalam kepentingan datang letupan alam semesta, atau sebaliknya - kelahiran. Adalah dipercayai bahawa perlanggaran boleh diperhatikan bagaimana alam semesta berkelakuan dalam saat pertama kewujudan. cara dia dijaga asal-usul Big Bang. Adalah dipercayai bahawa proses perlanggaran zarah adalah sangat serupa dengan yang yang pada awal kelahiran alam semesta.

Sekurang-kurangnya satu lagi idea yang hebat yang diperiksa saintis - ia adalah model eksotik. Ia seolah-olah yang luar biasa, tetapi terdapat satu teori yang mencadangkan bahawa terdapat dimensi dan alam semesta lain seperti kita manusia. Dan cukup aneh, pemecut dan dapat membantu.

Ringkasnya, tujuan kewujudan pemecut adalah untuk memahami apa alam semesta, bagaimana ia diciptakan, untuk membuktikan atau menyangkal mana-mana teori yang sedia ada zarah dan fenomena yang berkaitan. Sudah tentu, ia akan mengambil masa, tetapi dengan setiap permulaan, penemuan baru yang terbalik dunia sains.

Fakta mengenai pemecut

Semua orang tahu bahawa pemecut mempercepatkan zarah sehingga 99% kelajuan cahaya, tetapi tidak ramai yang tahu bahawa peratusan adalah sama dengan 99,9999991% daripada kelajuan cahaya. Angka menakjubkan akal kerana Reka bentuk yang sesuai dan magnet berkuasa mempercepatkan. Kita juga perlu ambil perhatian beberapa fakta yang kurang dikenali.

Nombor-nombor yang dihasilkan dalam perlanggaran zarah semasa pecutan

Bilangan proton dalam sekumpulan	100 Bilion. (1011)
beberapa tandan	untuk 2808
Bilangan lulus proton rasuk dalam zon pengesan	sehingga 31 juta. zon kedua 4
Bilangan perlanggaran zarah di persimpangan	20
Volume setiap data perlanggaran	kira-kira 1.5 MB
Kuantiti zarah Higgs	1 bit setiap 2.5 saat (pada tahap intensiti sepenuhnya rasuk dan mengikut andaian tertentu tentang sifat-sifat zarah Higgs)

Kira-kira 100 juta. Streams data yang datang dari salah satu daripada dua pengesan utama boleh dalam masa beberapa saat untuk menyelesaikan lebih daripada 100,000 CD. Dalam satu bulan jumlah cakera telah mencapai ketinggian yang apabila mereka meletakkan dalam timbunan, ia akan mencukupi untuk bulan. Oleh kerana itu memutuskan untuk tidak mengumpul semua data yang datang dari pengesan, tetapi hanya mereka yang dibenarkan untuk menggunakan sistem pengumpulan data, yang sebenarnya bertindak sebagai penapis untuk data. Ia telah memutuskan untuk merakam hanya 100 peristiwa yang berlaku pada masa letupan. Mencatatkan peristiwa-peristiwa ini adalah untuk mengarkib pusat data sistem LHC, yang terletak di Makmal Eropah untuk Zarah Fizik, yang juga tempat kedudukan pemecut. Akan direkodkan peristiwa-peristiwa yang telah direkodkan, dan mereka yang mewakili masyarakat saintifik kepentingan terbesar.

aftertreatment

Selepas merakam ratus kilobytes data yang akan diproses. Untuk tujuan ini, lebih daripada dua juta komputer bertempat di CERN. Tujuan komputer ini adalah pemprosesan data mentah dan pembentukan asas mereka, yang akan berguna untuk analisis lanjut. Lagi aliran data yang dihasilkan akan dibawa ke rangkaian komputer GRID. Rangkaian ini menghubungkan talian beribu-ribu komputer yang terletak di institusi yang berbeza di seluruh dunia, mengikat lebih daripada satu ratus pusat-pusat utama, yang terletak di tiga benua. Semua mata tersebut berkaitan dengan CERN menggunakan gentian optik - untuk kadar data maksimum.

Bercakap tentang fakta, ia adalah perlu untuk menyebut juga mengenai struktur petunjuk fizikal. Terowong pemecut ialah penyelewengan 1.4% daripada satah mendatar. Ini dilakukan di tempat pertama untuk meletakkan sebahagian besar terowong pemecut dalam batu monolitik. Oleh itu kedalaman penempatan pada pihak yang bertentangan adalah berbeza. Jika kita menganggap dari tasik, yang terletak berhampiran Geneva, kedalaman 50 meter. Bahagian yang bertentangan mempunyai kedalaman 175 meter.

Perkara yang menarik ialah fasa lunar menjejaskan pemecut. Ia mungkin kelihatan seperti objek yang jauh boleh bertindak pada jarak. Tetapi ia berkata semasa bulan penuh, apabila terdapat lonjakan tanah di kawasan Geneva, meningkat sebanyak 25 sentimeter. Ini memberi kesan kepada panjang collider. Negara dengan itu incremented oleh 1 milimeter, dan tenaga rasuk ditukar oleh 0.02%. Kerana tenaga kawalan rasuk mesti diadakan sehingga 0.002%, penyelidik mesti mengambil kira fenomena ini.

Juga menarik adalah bahawa terowong collider mempunyai bentuk yang oktagon bukannya bulatan, kerana ramai yang. Sudut yang dibentuk seksyen pendek. Mereka disusun Pengesan tetap dan sistem yang menguruskan rasuk zarah dipercepatkan.

struktur

Hadron Collider, pelancaran yang dikaitkan dengan banyak butiran dan keseronokan saintis - peranti yang menakjubkan. Semua pemecut terdiri daripada dua cincin. cincin kecil yang dikenali sebagai proton sinkrotron atau, untuk menggunakan singkatan - PS. cincin besar - Super Proton Sinkrotron, atau SPS. Bersama-sama kedua-dua cincin membolehkan bersurai bahagian 99.9% kelajuan cahaya. Oleh itu Collider bertambah dan tenaga proton, meningkatkan jumlah tenaga mereka 16 kali. Ia juga membolehkan zarah berlanggar antara satu sama lain kira-kira 30 Mill. Masa / s. selama 10 jam. 4 Pengesan utama diperolehi pada kebanyakan 100 terabytes data digital sesaat. Menerima data disebabkan oleh faktor individu. Sebagai contoh, mereka boleh mengesan zarah asas, yang mempunyai cas elektrik negatif, dan mempunyai setengah putaran. Sejak zarah ini adalah tidak stabil, kemudian mengarahkan pengesanan mereka tak mungkin menjadi mungkin untuk mengesan hanya tenaga untuk dihasilkan pada sudut tertentu dengan paksi rasuk. langkah ini dipanggil tahap pencetus pertama. Langkah ini diikuti oleh lebih daripada 100 kad data khas, yang bersepadu dalam pelaksanaan logik. Bahagian ini dicirikan dalam bahawa semasa penerimaan data adalah pilihan blok data yang lebih daripada 100 tysyach dalam satu saat. Kemudian, data ini digunakan untuk analisis, yang berlaku menggunakan mekanisme peringkat yang lebih tinggi.

Next Level Systems, sebaliknya, menerima maklumat daripada semua aliran pengesan. pengesan perisian beroperasi dalam rangkaian. Ada ia akan menggunakan nombor besar komputer untuk memproses data blok berikutnya, masa purata antara blok - 10 mikrosaat. Program akan perlu membuat tanda zarah, yang sepadan dengan titik asal. Hasilnya ialah satu set data dibentuk yang terdiri daripada momentum, tenaga, dan laluan lain yang timbul semasa satu kejadian.

bahagian pemecut

Semua pemecut boleh dibahagikan kepada 5 bahagian utama:

1) elektron-positron pemecut collider. bahagian kira-kira 7 magnet tysyach dengan sifat superkonduktor. Dengan mereka berlaku melalui arah yang anulus terowong rasuk. Dan juga mereka memberi tumpuan rasuk dalam satu aliran yang lebar berkurangan dengan lebar sehelai rambutpun.

2) muon Compact solenoid. pengesan ini direka untuk kegunaan umum. Dalam apa-apa pengesan sedang mencari fenomena baru dan, sebagai contoh, cari zarah Higgs.

3) Pengesan LHCb. Kepentingan peranti ini adalah untuk mencari kuark dan zarah yang menentang mereka - antiquarks.

4) toroidal pemasangan ATLAS. pengesan ini direka untuk penetapan yang muons.

5) Alice. pengesan ini menangkap berlanggar ion plumbum, dan perlanggaran proton-proton.

Kesukaran memulakan LHC

Walaupun kehadiran teknologi tinggi menghapuskan kemungkinan kesilapan dalam amalan semuanya berbeza. Semasa kelewatan, serta masa kegagalan pemasangan pemecut. Saya harus mengatakan bahawa keadaan ini tidak dijangka tidak. Peranti ini mengandungi banyak nuansa dan memerlukan ketepatan seperti yang saintis menjangkakan keputusan yang sama. Sebagai contoh, salah satu masalah yang dihadapi para saintis semasa pelancaran - keengganan magnet, yang memberi tumpuan rasuk proton sebaik sebelum perlanggaran. Ini kemalangan yang serius disebabkan oleh kemusnahan gunung kerana kehilangan superkonduktor magnet.

Masalah ini timbul pada tahun 2007. Kerana itu, pelancaran collider ditangguhkan beberapa kali, dan pada Jun pelancaran itu berlaku, hampir satu Collider tahun lagi bermula.

Pelancaran terakhir collider berjaya, ia mengumpulkan banyak terabytes data.

Hadron Collider, pelancaran yang berlangsung pada 5 April 2015, berjaya beroperasi. Semasa rasuk bulan akan mengejar sekitar gelanggang, secara beransur-ansur meningkatkan kuasa. Objektif untuk kajian seperti, tidak. rasuk tenaga perlanggaran akan meningkat. Nilai lif 7-13 TeV TeV. Peningkatan ini akan membolehkan untuk melihat peluang baru dalam perlanggaran zarah.

Pada tahun 2013 dan 2014. Lulus pemeriksaan teknikal yang teruk bagi terowong, pemecut, pengesan dan peralatan lain. Akibatnya, terdapat 18 magnet bipolar dengan fungsi superconducting. Perlu diingatkan bahawa jumlah mereka adalah 1232 buah. Walau bagaimanapun, baki magnet tidak diabaikan. Selebihnya, sistem perlindungan penyejukan diganti, dan yang lebih baik dipasang. Sistem penyejukan magnet juga telah bertambah baik. Ini membolehkan mereka kekal pada suhu rendah dengan kuasa maksimum.

Sekiranya semuanya berjalan lancar, pelancaran pemecut seterusnya akan berlaku hanya dalam tempoh tiga tahun. Melalui tempoh ini kerja yang dirancang dirancang untuk meningkatkan pemeriksaan teknis dari collider tersebut.

Harus diingat bahawa pembaikan kos sesen pun, tidak termasuk kos. The Hadron Collider, pada tahun 2010, mempunyai harga bersamaan dengan 7.5 bilion euro. Angka ini membawa keseluruhan projek ke tempat pertama dalam senarai projek paling mahal dalam sejarah sains.

Berita Terkini

The Hadron Collider, yang dilancarkan selepas rehat, berjaya. Data menarik dikumpulkan. Sebagai contoh, bukti telah dibentangkan bahawa konsep zarah moden adalah betul. Ini mungkin berlaku kerana operasi yang betul dari pengesan CMS dan LHCb. Pengesan ini menangkap pereputan BS menjadi dua meson, yang merupakan bukti langsung tentang kesahihan teori-teori moden.

Ia bernilai bertanya soalan bagaimana bukti teori sedemikian berlaku. Salah satu cara ialah menangkap zarah baru. Maksudnya, jika zarah asas baru muncul dalam perlanggaran, itu bermakna teori moden perlu dipertimbangkan semula.

Perhatian para saintis difokuskan pada zarah ini hanya kerana ia dapat membuktikan, baik, atau sekurang-kurangnya membuka pintu ke arah supersimetri. Ini adalah permulaan yang baik untuk kajian lanjut dan kerja di pusat penyelidikan saintifik di Geneva.

Apa yang akan datang?

Selepas pemodenan seterusnya collider berlaku, masalah akan ditimbulkan untuk kajian selanjutnya tentang zarah. Khususnya, ia perlu untuk mengetahui lebih lanjut mengenai boson Higgs. Walaupun Hadiah Nobel dianugerahkan untuk penemuan ini, tidak semua sifatnya telah dipelajari dan dibuktikan dengan teliti. Oleh itu, saintis mempunyai kerja yang panjang dan sukar untuk mengkaji zarah yang luar biasa ini.

Di samping itu, perlu untuk terus bekerja pada bukti atau penolakan teori supersimetri. Walaupun ia kelihatan agak hebat, ia mempunyai hak untuk wujud. Jangan berfikir bahawa semua perhatian hanya dibayar kepada masalah kepentingan pertama, untuk setiap projek terdapat satu pasukan saintis yang bekerja di bidang ini.

Sudah tentu, ini bukan semua tugas yang mesti diselesaikan oleh saintis. Dengan setiap terabyte maklumat baru yang diterima, senarai soalan terus ditambah, dan jawapannya dapat dicari selama bertahun-tahun.