מאיץ ההדרונים: התחל. מאיץ ההדרונים הגדול למה? הוא איפה?

ההיסטוריה של המאיץ, אשר אנו יודעים היום כמו במאיץ ההדרונים הגדול מתחיל עוד מאז 2007. בתחילה זה התחיל עם הכרונולוגיה של המאיץ של הציקלוטרון. המכשיר היה מכשיר קטן שמתאים בקלות על השולחן. ואז הסיפור של מאיצים פתח בהתמדה. זה הופיע סינכרוטרונית סינכרוטרון.

בהיסטוריה של אולי המשעשע ביותר היה בתקופה שבין 1956 כדי 1957 שנה. בזמנו, המדע הסובייטי, במיוחד בפיזיקה, לא פיגר אחים זרים. שימוש השנים שנצברו ניסיון, הפיזיקאי הסובייטי בשם ולדימיר וקסלר עשה פריצת דרך במדע. הם סינכרוטרון החזק ביותר בזמנו נוצרה. כושר עבודה שלה היה 10 גב (10 מיליארד אלקטרון וולט). לאחר הגילוי הזה כבר יצר דוגמאות חמורות של מאיצים: מאיץ אלקטרון-פוזיטרון גדול, מאיץ שוויצרי, גרמניה, ארצות הברית. לכולם יש מטרה אחת משותפת - חקר חלקיקי היסוד של קווארקים.

מאיץ ההדרונים הגדול נברא בזכות המקום הראשון המאמצים של הפיזיקאי האיטלקי. והשם שלו קרלו Rubbia, חתן פרס נובל. במהלך פעילותו Rubbia עבד כבמאי על הארגון האירופי למחקר גרעיני. הוחלט לבנות ולהפעיל את LHC הוא מרכז מחקר באתר.

איפה Hadron Collider?

מאיץ להציב בגבול בין שווייץ וצרפת. אורך היקפו הוא 27 קילומטרים, ולכן זה נקרא גדול. טבעת מאיץ חוזרת 50 כדי 175 מטרים. מגנט 1232 מוגדר מאיץ. הם הם מוליכים, כלומר אחד יכול לפתח שדה מרבי עבור האצה, משום שעלויות האנרגיה של מגנטים כאלה הן כמעט נעדרו. המשקל הכולל של כל מגנט הוא 3.5 טון באורך של 14.3 מטר.

כמו כל אובייקט פיזי, מאיץ ההדרונים הגדול מפיק חום. לכן, יש צורך מגניב כל הזמן. לשם כך, הטמפרטורה נשמרת 1.7 K באמצעות 12 מיליון ליטרים של חנקן נוזלי. בנוסף, הליום נוזלי (700,000 ליטרים) משמש לקירור, והכי חשוב - את הלחץ משמש, שנמצא עשר פעמים נמוכות יותר מאשר לחץ האטמוספרי הרגיל.

צלזיוס טמפרטורה 1.7 K הוא -271 מעלות. כזה טמפרטורה כמעט קרובה לאפס מוחלט. אפס מוחלט קרוי הגבול הנמוך ביותר האפשרי, אשר עשוי להיות בעל גוף פיזי.

החלק הפנימי של המנהרה הוא לא פחות מעניין. ישנם כבלי מוליכי ניוביום-טיטניום עם אפשרויות. האורך שלהם הוא 7600 קילומטרים. המשקל הכולל הוא 1200 כבלי טונות. פנים של כבל - מקלעת של חוטים 6300 עם מרחק כולל של 1.5 מיליארד קילומטרים. אורך זה שווה 10 יחידות אסטרונומיות. לדוגמא, המרחק בין כדור הארץ לשמש הוא 10 יחידות כאלה.

אם אנחנו מדברים על מיקומה הגיאוגרפי, ניתן לומר כי טבעות מאיץ לשקר בין הערים Saint-Genis ו Forno וולטייר ממוקם בצד הצרפתי, כמו גם מארין Vessurat - עם הצד השוויצרי. טבעת קטנה, בשם PS, המשתרעת לאורך הגבול של הקוטר.

ה- raison d'être

על מנת לענות על השאלה "מהו ה- LHC", אתה צריך לפנות אל המדענים. מדענים רבים אומרים כי הוא המצאה נהדרת עבור כל תקופת קיומו של המדע, וכי המדע בלעדיו, אשר ידוע לנו היום, פשוט לא הגיוני. קיומה ואת ההשקה של מאיץ ההדרונים הגדול מעניין כי התנגשות של חלקיקים ב- LHC הוא פיצוץ. כל החלקיקים הקטנים מתפזרים לכיוונים שונים. כדי ליצור חלקיקים חדשים, מה שעשוי להסביר את הקיום ואת המשמעות של רבים.

הדבר הראשון מדענים ניסו למצוא חלקיקים אלה התרסק - הוא ניבא באופן תיאורטי על ידי החלקיקים היסודיים הפיזיקאי פיטר היגס המכונה "בוזון היגס". החלקיקים מדהים זה הינו נשא של מידע, נחשבים. עם זאת, נקרא "אלוהים חלקיק". פתיחה שהוא יזוז מדענים להבין את היקום. יצוין כי בשנת 2012, 4 ביולי, Hadron Collider (להפעיל אותו באופן חלקי הצליחה) כדי לעזור למצוא חלקיק דומה. נכון להיום, מדענים מנסים ללמוד אותו לפרטיו.

כמה זמן ...

כמובן, מיד עולה השאלה, מדוע הם מדענים כל כך הרבה זמן כדי לחקור חלקיקים אלה. אם יש לך מכשיר, אתה יכול להפעיל אותו, ובכל פעם לירות עוד ועוד נתונים. העובדה שהעבודה של ה- LHC - זהו תענוג יקר. השקה אחת עולה סכום גדול. לדוגמה, צריכת האנרגיה השנתית שווה 800 מיליון. KW / h. סכום זה של אנרגיה הנצרכת בעיר עם אוכלוסייה של כ -100 אלף. איש, על הסטנדרטים הממוצעים. זה אינו כולל את עלויות תחזוקה. סיבה נוספת - היא כי פיצוץ LHC המתרחש כאשר שהציבו את הפרוטונים חייבים לייצר כמויות גדולות של נתונים: מידע מחשב קריא כך העיבוד לוקח הרבה זמן. אפילו למרות העובדה כי הכח של מחשבים אשר מקבלים את המידע, אפילו גדול בקנה המידה של היום.

סיבה נוספת - זה לא פחות מפורסם חומר אפל. מדענים עובדים עם מאיץ בכיוון זה, הבטיח כי בטווח הנראה של היקום הוא רק 4%. ההנחה היא כי שאר - זה חומר אפל ואנרגיה אפלה. לשם ניסוי, מנסה להוכיח כי התיאוריה הזו נכונה.

מאיץ ההדרונים: בעד או נגד

הציג את התיאוריה של חומר אפל בספק את שלומם של קיומם של ה- LHC. הועמדה השאלה: "Hadron Collider: בעד או נגד?" הוא היה מודאג מדענים רבים. כל המוחות הגדולים של העולם נחלקים לשתי קטגוריות. "המתנגדים" העלו תיאוריה מעניינת שאם עניין כזה, אז זה חייב להיות חלקיק והיפוכו. וגם התנגשות של חלקיקים במאיץ מופיע חלק כהה. היתה סכנה כי חלק כהה החלק שאנו רואים את הפנים. ואז זה עלול להוביל למותו של היקום. עם זאת, לאחר LHC סטארט הראשונה תיאוריה זו הייתה חלקית שבורה.

הבא חשיבות מגיע פיצוץ של היקום, או ליתר דיוק - הלידה. הוא האמין כי ההתנגשות ניתן לראות כיצד היקום התנהג השניות הראשונות של קיומה. הדרך היא נראתה לאחר שנוצר המפץ הגדול. הוא האמין כי תהליך התנגשות החלקיקים דומה מאוד לזו שהיתה בתחילת לידתו של היקום.

לפחות עוד רעיון נהדר שמדענים בדקו - זה דגמים אקזוטיים. נראה מדהים, אבל יש תאוריה הגורסת כי קיימים ממדים אחרים ויקומים כמונו בני אדם. וככל שזה יישמע מוזר, המאיץ מסוגל לעזור.

במילים פשוטות, לצורך קיומו של מאיץ הוא להבין מה הוא היקום, כיצד הוא נוצר, כדי להוכיח או להפריך כל תיאוריה קיימת של חלקיקים ותופעות נלוות. כמובן, זה ייקח שנים, אבל עם כל התחלה, תגליות חדשות כי בטלו את עולם המדע.

עובד על המאיץ

כולם יודעים כי מאיץ מאיץ חלקיקים עד 99% ממהירות האור, אבל לא הרבה אנשים יודעים כי אחוז שווה 99.9999991% של מהירות האור. נתון מדהים זה הגיוני בגלל העיצוב המושלם מגנטים רבים עצמה להאיץ. עוד נציין כמה מן העובדות ידועות פחות.

המספרים המיוצרים ההתנגשות של חלקיקים במהלך אצה

מספר הפרוטונים חבורה	כדי 100 מיליארד. (1011)
מספר אשכולות	כדי 2808
מספר עוברי פרוטון קורות באזור הגלאים	עד 31 מ'. אזורים שניים 4
מספר התנגשויות חלקיקים בצומת	כדי 20
נפח לכל נתוני התנגשות	כ 1.5 מגה
כמויות של היגס חלקיקים	1 קצת בכל 2.5 שניות (בעוצמה מלאה של קרן ובהתאם הנחות שונות לגבי המאפיינים של חלקיקי היגס)

כ -100 מ'. זרמים של נתונים שמגיעים כל אחד משני הגלאים העיקריים יכולים בתוך כמה שניות כדי להשלים יותר מ 100,000 תקליטורים. תוך חודש אחד בלבד את מספר הדיסקים הגיע לגובה כזה שכאשר הם נשכבו המחסנית, זה יהיה מספיק כדי הירח. לכן הוחלט שלא לגבות את כל הנתונים שמגיעים מן הגלאים, אבל רק למי מותר להשתמש במערכת איסוף נתונים, אשר למעשה משמשת מסנן לנתונים. הוחלט להקליט רק 100 אירועים שהתרחשו בעת הפיצוץ. אירועי הקלטות אלה יהיו לאחסן בארכיון את מרכז הנתונים של מערכת LHC, אשר ממוקמת המעבדה האירופית לפיזיקת חלקיקים, שהוא גם המקום של העמדה המאיצה. יוקלט האירועים תועדו, ואלה מייצגים את הקהילה המדעית את העניין הרב ביותר.

aftertreatment

לאחר הקלטת מאות קילובייט של נתונים כדי להיות מעובד. לשם כך, יותר משני מיליון מחשבים הממוקמת CERN. מטרת מחשבים אלה הוא עיבוד של נתונים גולמיים ויצירת בסיס שלהם, אשר יהיה שימושי עבור ניתוח נוסף. בהמשך זרם הנתונים שנוצר יופנה לרשת מחשבים GRID. רשת מקוונת זו מתחברת אלף מחשבים הנמצאים במוסדות שונים ברחבי העולם, נקשר יותר ממאה מרכזים עיקריים, אשר ממוקמים על שלוש יבשות. כל נקודות כאלה מחוברים עם CERN באמצעות סיבים אופטיים - עבור קצב נתונים מקסימלית.

אם כבר מדבר על עובדות, יש צורך להזכיר גם על המבנה של האינדיקטורים הפיזי. מאיצה מנהרה היא סטייה של 1.4% מן המישור האופקי. הדבר נעשה מלכתחילה לשים ביותר של המנהרה מאיץ ב סלע מונוליטי. לכן עומק מיקום על צדי המתרס הם שונים. אם נניח מהאגם, הנמצא ליד ז'נבה, את העומק הוא 50 מטרים. החלק הנגדי יש עומק של 175 מטרים.

הדבר המעניין הוא כי מחזורי ירח משפיעים על דוושת הגז. זה אולי נראה כמו אובייקט מרוחק יכול לפעול ממרחק. אבל הוא ציין כי במהלך ירח מלא, כאשר יש גל של אדמות באזור ז'נבה, עולה בשיעור של עד 25 סנטימטרים. זה משפיע על אורך של המאיץ. אורך מוגדל ובכך ידי 1 מילימטר, ואת אנרגית הקרן משתנית לפי 0.02%. מכיוון שהאנרגיה של שליטת הקרן חייבת שתתקיים עד 0.002%, החוקרים חייבים לקחת בחשבון את התופעה.

מעניין גם כי המנהרה המאיצה יש בצורת מתומן ולא בעיגול, כמו רבים. זוויות יצרו של קטעים קצרים. הם מסודרים גלאי קבוע והמערכת שמנהלת את אלומת חלקיקים המואצת.

מבנה

מאיץ ההדרונים, ההשקה אשר מזוהה עם הפרטים רבים ואת ההתרגשות של מדענים - מכשיר מדהים. כל המאיץ מורכב משתי טבעות. טבעת קטנה בשם סינכרוטרון פרוטון או, להשתמש בקיצורים - PS. טבעת גדולה - סופר Proton הסינכוטרונית, או SPS. יחד שתיים הטבעות לאפשר את החלק מתפזר 99.9% ממהירות האור. לפיכך מאיץ עליות ואת האנרגיה של פרוטונים, הגדלת האנרגיה הכוללת שלהם של 16 פעמים. זה גם מאפשר החלקיקים מתנגשים אחד עם השני כ 30 מיל. זמן / s. עבור 10 שעות. 4 גלאים גדולים מתקבלים לכל היותר 100 טרה-בייטים של נתונים דיגיטליים לשנייה. קבלת נתונים בשל גורמים פרטיים. לדוגמא, הם יכולים לזהות חלקיקים יסודיים, אשר יש מטען חשמלי שלילי, ויש לי-ספין חצי. מאז חלקיקים אלה אינם יציבים, ואז לכוון הגילוי שלהן הבלתי אפשרי הוא אפשרי לזהות האנרגיה היחיד שלהם להיפלט בזווית מסוימת על ציר האלומה. צעד זה נקרא רמת הדק ראשונה. צעד זה ואחריו יותר מ 100 כרטיסי נתונים מיוחדים, אשר משולבים בביצוע ההיגיון. חלק זה מאופיין בכך במהלך קבלת הנתונים מבחר של יותר מ 100 בלוקי נתוני tysyach בשנייה אחת. ואז, נתונים אלה משמשים לניתוח, אשר מתרחש באמצעות מנגנון ברמה גבוהה יותר.

מערכות לשלב הבא, לעומת זאת, לקבל מידע מכל זרימת גלאי. גלאי תוכנת פועלת הרשת. הנה זה יהיה להשתמש במספר גדול של מחשבים לעבד בלוקים נתונים עוקבות, הזמן הממוצע בין גושי - 10 מיקרו שניות. תוכניות תצטרכנה ליצור סימן של חלקיקים, מתאים לנקודה המקורית. התוצאה היא ערכת נתונים יצרה מורכב המומנטום, האנרגיה, ואת הנתיב אחר שעלה במהלך אירוע אחד.

חלקים מאיצים

כל המאיץ ניתן לחלק 5 חלקים עיקריים:

1) מאיץ מאיץ אלקטרון-פוזיטרון. החלק הוא כ 7 מגנטים tysyach עם מאפייני מוליכות. עם אותם מתרחש דרך בכיוון הטבעתי מנהרת הקרן. וגם הם מתמקדים קרן בזרימה אחד שרוחבו יורד אל מרוחב שערת יחיד.

2) סולנואיד מואוני קומפקטי. גלאי זה מיועד למטרות כלליות. בשנת גלאי כזה מחפשים תופעות חדשות, למשל, לחפש את חלקיק ההיגס.

3) גלאי LHCb. המשמעות של המכשיר הזה היא לחפש קווארקים החלקיקים ולעומתם - קוורקים.

4) אטלס ההתקנה הטבעתי. גלאי זה מיועד קיבוע של מיואונים.

5) אליס. גלאי הזה לוכד מתנגשים יונים עופרת, התנגשויות פרוטונים פרוטון.

קשיים בהתנעה ה- LHC

למרות העובדה כי הנוכחות של טכנולוגיה גבוהה מבטלת את האפשרות של טעויות הכל בפועל שונה. במהלך שהייה, כמו גם את זמן הכישלון של ההרכבה המאיצה. אני חייב לומר כי מצב לא צפוי זה לא היה. המכשיר מכיל הרבה ניואנסים ודורש דיוק כך מדענים מצפים לתוצאות דומות. לדוגמא, אחת הבעיות שעמדו בפני המדענים במהלך השקה - סירובה של המגנט, שמתמקד אלומות פרוטונים מייד לפני ההתנגשות. תאונה קשה התרחשה בעקבות חורבן ההר בשל אובדן מגנט מוליך.

בעיה זו התעוררה 2007. בגלל זה, ההשקה של המאיץ נדחתה מספר פעמים, ובחודש יוני ההשקה התקיימה, כמעט במאיץ בשנה התחיל עדיין.

ההשקה האחרונה של המאיץ הייתה מוצלחת, זה אוסף טרה רבה של נתונים.

מאיץ ההדרונים, ההשקה שהתקיים ב -5 באפריל, 2015, פועל בהצלחה. במהלך חודש הקורות ירדפו סביב הטבעת, הגדלת כוח בהדרגה. המטרות של המחקר ככזה, לא. קורות אנרגית התנגשות תוגדלנה. הערך של המעלית מן 7 כדי 13 Tev Tev. גידול זה יאפשר לראות הזדמנויות חדשות בהתנגשות של חלקיקים.

בשנת 2013 ו 2014. היו בדיקות טכניות חמורות של מנהרות, מאיצים, גלאים וציוד אחר. התוצאה הייתה 18 מגנטים דו קוטביים הם מוליכי פונקציה. יצוין כי המספר הכולל של אותם הוא 1232 חתיכות. עם זאת, את המגנטים הנותרים לא נעלמו מעיניהם. אחרת אנו מחליפים את מערכת ההגנה נגד צינון למטה, לשים השתפר. כמו כן שיפור המערכת של מגנטי הקירור. זה מאפשר להם להישאר בטמפרטורות נמוכות, עם מקסימום כוח.

אם הכל ילך כשורה, ההשקה הבאה של המאיץ תתקיים רק לאחר שלוש שנים. במהלך תקופה זו צפויים העבודה המתוכננת לשפר, הבדיקה הטכנית של המאיץ.

יצוין כי התיקון עולה אגורה, מבלי לקחת בחשבון את העלות. יש Hadron Collider, כמו של 2010 לערך השווה ל 7.5 bln. היורו. נתון זה מציג את הפרויקט כולו מלכתחילה ברשימת הפרויקטים היקרים ביותר בהיסטוריה של המדע.

חדשות אחרונות

מאיץ ההדרונים, ההשקה שהתקיים לאחר ההפסקה, היה מוצלח. נתונים מעניינים נאספו. למשל, הוצגו ראיות כי הרעיון המודרני של החלקיקים הנכונים. זה התאפשר הודות לפעולה התקינה של גלאי CMS ו LHCb. BS ריקבון גלאים אלה נתפס על ידי שני מסון, המהווה תאוריות מודרניות נאמנות עדות ישירה.

ראוי לשאול את השאלה, איך הוא הוכחה לתיאוריה זו. דרך אחת - זה לכידתו של חלקיקים חדשים. כלומר, אם התנגשות תהיה חלקיקים יסודיים חדשים, מה שאומר כי התאוריה המודרנית צריכה להיבדק.

מדענים מקדו את תשומת לב החלקיק מכיוון שניתן להציג, או לפחות לפתוח את הדלת לכיוון סופרסימטרייה. זוהי התחלה טובה להמשך לימודים ועבודה במרכז למחקר מדעי בז'נבה.

מה הלאה?

לאחר יקרה המודרניזציה הבאה של המאיץ יוטל מחקר נוסף של חלקיקים. בפרט, יהיה צורך ללמוד עוד על בוזון היגס. למרות העובדה כי עבור גילוי זה הוענק לו פרס נובל, לא כל תכונותיו מובנות לחלוטין ומוכחת. לכן, יש מדענים עבודה ארוכה וקשה על המחקר של החלקיקים המדהימים הזה.

בנוסף, אתה חייב להמשיך לעבוד כדי להוכיח או להפריך את התיאוריה של סופר-סימטריה. למרות שזה נראה קצת פנטסטי, אבל יש לו זכות קיום. אל תחשוב שכל תשומת הלב ניתנת רק את הגיליון הראשון של חשיבות לכל פרויקט צוות משלו של מדענים שעובדים בתחום זה.

כמובן, זה לא כל המשימות שצריכות יועדו למדענים. עם כל טרה חדשה של מידע המתקבל רשימת השאלות בתוספת רף, ואת תשובותיהם ניתן רימה לאורך השנים.