مصادم هادرون: ابدأ. مصادم هادرون الكبير لماذا؟ أين هو؟

التاريخ من المسرع، الذي نعرفه اليوم باسم يبدأ مصادم هادرون الكبير أكثر منذ عام 2007. في البداية أنها بدأت مع التسلسل الزمني للمسرع من تحطيم الذرة. كان الجهاز جهاز صغير يلائم بسهولة على الطاولة. ثم وضعت قصة مسرعات باطراد. ويبدو السنكروترون والسنكروترون.

في تاريخ ربما أكثر تسلية كانت الفترة 1956-1957 سنوات. في ذلك الوقت، العلم السوفياتي، وخاصة الفيزياء، لم تتخلف الإخوة الأجنبية. باستخدام تراكم سنوات من الخبرة، أدلى الفيزيائي السوفياتي يدعى فلاديمير فيكسلر انفراجة في مجال العلوم. فهي أنشئت السنكروترون أقوى في ذلك الوقت. وكانت القدرة على العمل في 10 جيف (10000000000 إلكترون فولت). بعد أن خلق هذا الاكتشاف بالفعل أمثلة خطيرة من المعجلات: مصادم إلكترون-بوزيترون الكبير، مسرع السويسري وألمانيا والولايات المتحدة. أنهم جميعا لديهم هدف مشترك واحد - دراسة الجسيمات الأساسية من الكواركات.

تم إنشاء مصادم هادرون الكبير في المركز الأول بفضل لجهود الفيزيائي الإيطالي. وكان اسمه كارلو روبيا، الحائز على جائزة نوبل. خلال نشاطها عملت Rubbia مديرا في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية. تقرر إنشاء وتشغيل LHC هو مركز للبحوث في الموقع.

حيث مصادم هادرون؟

وضع مصادم على الحدود بين سويسرا وفرنسا. طول محيطها 27 كيلومترا، وذلك يطلق عليه كبير. حلقة مسرع تعود 50-175 متر. يتم تعيين المغناطيس 1232 المصادم. فهي فائقة التوصيل، وهو ما يعني واحد يمكن أن تتطور أقصى المجال لتسريع، لأن تكاليف الطاقة لهذه مغناطيس غائبة تقريبا. الوزن الكلي من كل المغناطيس هو 3.5 طن بطول 14.3 متر.

مثل أي كائن مادي، ومصادم هادرون الكبير يولد حرارة. ولذلك، فمن الضروري بارد باستمرار. لهذا الغرض، يتم الحفاظ على درجة الحرارة عند 1.7 K باستخدام 12 مليون لتر من النيتروجين السائل. وبالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الهيليوم السائل (700،000 لتر) للتبريد، والأهم من ذلك - يتم استخدام الضغط، وهو أقل عشر مرات من الضغط الجوي العادي.

درجة الحرارة 1.7 درجة مئوية K هي -271 درجة مئوية. مثل درجة حرارة تكاد تكون قريبة من الصفر المطلق. الصفر المطلق يسمى أدنى حد ممكن، والتي قد يكون لها الجسد المادي.

الجزء الداخلي من النفق ليست أقل إثارة للاهتمام. هناك النيوبيوم والتيتانيوم كابل فائق التوصيل مع الاحتمالات. طولها هو 7600 كيلومتر. الوزن الكلي هو 1200 طن كابلات. المناطق الداخلية من كابل - ضفيرة من الأسلاك 6300 مع مسافة إجمالية قدرها 1.5 مليار كيلومتر. هذا الطول يساوي 10 وحدة فلكية. على سبيل المثال، المسافة من الأرض إلى الشمس هي 10 من هذه الوحدات.

إذا كنا نتحدث عن موقعها الجغرافي، يمكن القول أن حلقات المصادم تقع بين مدينتي سانت جنيس وفورنو فولتير تقع على الجانب الفرنسي، وكذلك مارين وVessurat - مع الجانب السويسري. حلقة صغيرة، ودعا PS، تمتد على طول الحدود من القطر.

علة

من أجل الإجابة على السؤال "ما هو LHC"، تحتاج إلى اللجوء إلى العلماء. ويقول كثير من العلماء أن ذلك هو اختراع عظيم لكامل الفترة من وجود العلم، وأن العلم دون ذلك، والذي يعرف لنا اليوم، فقط لا معنى له. وجود وإطلاق مصادم هادرون الكبير مثيرة للاهتمام في هذا اصطدام الجزيئات في LHC هو انفجار. كل الجسيمات الدقيقة مبعثر في اتجاهات مختلفة. لتشكيل جزيئات جديدة، وهو ما قد يفسر وجود ومعنى الكثير.

الشيء الأول الذي حاول العلماء العثور على هذه الجزيئات تحطمت - ومن المتوقع نظريا من قبل الفيزيائي بيتر هيغز جسيم أولي يسمى "بوزون هيغز". هذه الجسيمات المذهل هو الناقل للمعلومات، والنظر فيها. بعد ما وصفته بأنه "الجسيمات الله". سوف فتحه نقل العلماء لفهم الكون. وتجدر الإشارة إلى أنه في عام 2012، 4 يوليو مصادم هادرون (بدء تشغيله جزئيا نجحت) للمساعدة في العثور على جسيمات مشابهة. حتى الآن، ويحاول العلماء لدراسته بالتفصيل.

حتى متى ...

بطبيعة الحال، فإن السؤال الذي يطرح نفسه على الفور، لماذا العلماء وقتا طويلا في دراسة هذه الجسيمات. إذا كان لديك جهاز، يمكنك تشغيله، وفي كل مرة لاطلاق النار المزيد والمزيد من البيانات. حقيقة أن عمل LHC - هو متعة مكلفة. تكاليف إطلاق واحد مبلغ كبير. على سبيل المثال، واستهلاك الطاقة السنوي يساوي 800 مليون نسمة. KW / ساعة. هذه الكمية من الطاقة المستهلكة في المدينة التي يبلغ عدد سكانها حوالي 100 ألف نسمة. رجل، وفقا لمتوسط المعايير. وهذا لا يشمل تكاليف الصيانة. وهناك سبب آخر - هو أن الانفجار LHC الذي يحدث عندما تأليب البروتونات بد أن تنتج كمية كبيرة من البيانات: على معلومات الكمبيوتر للقراءة بحيث تجهيز يأخذ الكثير من الوقت. حتى على الرغم من أن قوة من أجهزة الكمبيوتر التي تستقبل المعلومات، كبيرة حتى بمقاييس اليوم.

وهناك سبب آخر - هو لا يقل الشهيرة المادة المظلمة. العلماء الذين يعملون مع المصادم في هذا الاتجاه، وأكد أن مجموعة المرئي من الكون هو 4٪ فقط. ومن المفترض أن الباقي - هو مسألة المظلمة والطاقة المظلمة. تحاول تجريبيا لإثبات أن هذه النظرية صحيحة.

مصادم هادرون: مع أو ضد

طرح نظرية المادة المظلمة التشكيك في سلامة وجود LHC. السؤال الذي يطرح نفسه: "مصادم هادرون: مع أو ضد؟" وكان قلق العديد من العلماء. وتنقسم كل العقول العظيمة في العالم إلى فئتين. "المعارضون" قد طرحت نظرية مثيرة للاهتمام أن في حالة وجود مثل هذه المسألة، ثم يجب أن يكون الجسيمات عكسه. وتصادم الجزيئات في التسريع يبدو جزء أغمق. كان هناك خطر يتمثل في أن الجزء المظلم والجزء الذي نراه الوجه. فلا يمكن أن تؤدي إلى وفاة الكون. ومع ذلك، بعد أول LHC البداية كانت هذه النظرية كسر جزئيا.

التالي في الأهمية يأتي انفجار الكون، أو بالأحرى - ولادة. ويعتقد أن الاصطدام يمكن ملاحظة كيف تصرف الكون في الثواني الأولى من وجودها. الطريقة التي بدت بعد أصل الانفجار الكبير. ويعتقد أن عملية تصادم الجسيمات هي مشابهة جدا لتلك التي كانت في بداية ولادة الكون.

على الأقل فكرة رائعة آخر الذي فحص العلماء - انها نماذج غريبة. يبدو لا يصدق، ولكن هناك نظرية مما يوحي بأن هناك أبعاد وأكوان أخرى مثلنا البشر. والغريب، ومسرع وتكون قادرة على مساعدة.

وببساطة، فإن الغرض من وجودها من المسرع هو أن نفهم ما هو الكون، وكيف تم إنشاؤه، لإثبات أو دحض أي نظرية الحالية للجسيمات والظواهر ذات الصلة. وبطبيعة الحال، ان الامر سيستغرق سنوات، ولكن مع كل بداية، والاكتشافات الجديدة التي انقلبت عالم العلم.

حقائق عن دواسة البنزين

الجميع يعرف أن معجل الجسيمات تسارع يصل إلى 99٪ من سرعة الضوء، ولكن الكثير من الناس لا يعرفون أن نسبة تساوي 99.9999991٪ من سرعة الضوء. هذا الرقم المذهل المنطقي بسبب تصميم مثالي ومغناطيس قوي تسريع. يجب أن نلاحظ أيضا بعض الحقائق أقل شهرة.

الأرقام المنتجة في اصطدام الجزيئات أثناء التسارع

عدد البروتونات في مجموعة	إلى 100 مليار دولار. (1011)
عدد من عناقيد	إلى 2808
عدد تمر بروتون الحزم في المنطقة كاشف	يصل إلى 31 مليون نسمة. المناطق الثانية 4
عدد تصادمات الجسيمات عند تقاطع	إلى 20
حجم البيانات في تصادم	حوالي 1.5 MB
كميات من جزيئات هيغز	1 بت كل 2.5 ثانية (في شدة الكامل من الحزم وفقا للافتراضات معينة حول خصائص الجسيمات هيغز)

ما يقرب من 100 مليون نسمة. تيارات من البيانات التي تأتي من كل اثنين من أجهزة الكشف الرئيسية يمكن في بضع ثوان لاستكمال أكثر من 100،000 أقراص مدمجة. في شهر واحد فقط وصلت عدد الأقراص مثل ارتفاع أنه عندما وضع في المكدس، سيكون كافيا لسطح القمر. ولذلك تقرر عدم جمع كافة البيانات التي تأتي من أجهزة الكشف، ولكن فقط أولئك الذين يسمح لهم استخدام نظام جمع البيانات، والتي في الواقع تعمل كمصفاة للبيانات. وتقرر أن يسجل 100 فقط الأحداث التي وقعت في وقت الانفجار. سيتم تسجيل هذه الأحداث لأرشفة مركز البيانات من نظام LHC، والذي يقع في المختبر الأوروبي لفيزياء الجسيمات، وهو أيضا مكان موقف دواسة البنزين. سيتم تسجيل الأحداث التي تم تسجيلها، وأولئك الذين يمثلون المجتمع العلمي بأكبر قدر من الاهتمام.

المعالجة اللاحقة

بعد تسجيل مائة كيلو بايت من البيانات لتتم معالجتها. لهذا الغرض، وأكثر من مليوني أجهزة الكمبيوتر الموجودة في CERN. والغرض من هذه الحواسيب هو معالجة البيانات الخام وتشكيل قاعدة لهم، والتي سوف تكون مفيدة لمزيد من التحليل. وعلاوة على ذلك سيتم توجيه دفق البيانات التي تم إنشاؤها على شبكة الكمبيوتر GRID. هذه الشبكة على الانترنت يربط الآلاف من أجهزة الكمبيوتر التي تقع في مختلف المؤسسات في جميع أنحاء العالم، يربط أكثر من مائة المراكز الرئيسية، والتي تقع في ثلاث قارات. وترتبط جميع هذه النقاط مع CERN باستخدام الألياف البصرية - لمعدل البيانات الحد الأقصى.

يتحدث عن الحقائق، فمن الضروري أن نذكر أيضا عن هيكل المؤشرات المادية. نفق مسرع هو انحراف من 1.4٪ من المستوى الأفقي. وقد تم ذلك في المقام الأول إلى وضع أكثر من النفق التسريع في الصخور متجانسة. وهكذا عمق ضعها على طرفي نقيض مختلفة. لو افترضنا من البحيرة، والذي يقع بالقرب من جنيف، وعمق 50 متر. الجانب الآخر لديه عمق 175 متر.

والشيء المثير للاهتمام هو أن مراحل القمر تؤثر على دواسة البنزين. قد يبدو وكأنه كائن بعيد يمكن أن تعمل على مسافة. ولكن تجدر الإشارة إلى أنه أثناء اكتمال القمر، عندما يكون هناك موجة من الأراضي في منطقة جنيف، وارتفاع بنسبة تصل إلى 25 سنتيمترا. وهذا يؤثر على طول المصادم. طول بالتالي بمقدار 1 مليمتر، ويتم تغيير الطاقة شعاع بنسبة 0.02٪. منذ الطاقة من السيطرة شعاع يجب أن تعقد ما يصل إلى 0.002٪، يجب على الباحثين أن تأخذ بعين الاعتبار هذه الظاهرة.

المثير للاهتمام أيضا هو أن نفق المصادم له شكل مثمن بدلا من دائرة، والعديد منهم. زوايا شكلت المقاطع القصيرة. وهي مرتبة كشف الثابتة والنظام التي تدير شعاع من الجسيمات المعجلة.

هيكل

مصادم هادرون، وإطلاق الذي يرتبط مع العديد من التفاصيل والإثارة من العلماء - جهاز مدهش. يتكون كل مسرع من حلقتين. عصابة صغيرة تسمى البروتون السنكروترون، أو استخدام الاختصارات - PS. حلقة كبيرة - سوبر بروتون السنكروترون، أو SPS. معا الحلقتين تسمح الجزء تفريق إلى 99.9٪ من سرعة الضوء. وهكذا المصادم الزيادات والطاقة من البروتونات، وزيادة طاقتها الإجمالية 16 مرة. كما يسمح للجسيمات تتصادم مع بعضها البعض حوالي 30 ميل. الوقت / ثانية. لمدة 10 ساعة. يتم الحصول على 4 أجهزة كشف الرئيسية في معظم 100 تيرابايت من البيانات الرقمية في الثانية الواحدة. استقبال البيانات نتيجة لعوامل فردية. فعلى سبيل المثال، يمكن الكشف عن الجسيمات الأولية، ولها شحنة كهربائية سالبة، ويكون نصف دوران. وبما أن هذه الجسيمات غير مستقرة، ثم توجيه الكشف عنها المستحيل ممكن للكشف فقط في مجال الطاقة لأن تنبعث في زاوية معينة لمحور الحزمة. وتسمى هذه الخطوة مستوى الزناد الأول. ويتبع هذه الخطوة من قبل أكثر من 100 بطاقة البيانات الخاصة، والتي تتكامل في تنفيذ المنطق. يتميز هذا الجزء في أنه خلال استلام البيانات من مجموعة مختارة من كتل بيانات أكثر من 100 tysyach في ثانية واحدة. ثم، يتم استخدام هذه البيانات لتحليلها، والذي يحدث باستخدام آلية رفيعة المستوى.

المقبل مستوى الأنظمة، على العكس، تلقي المعلومات من جميع تدفق كاشف. كشف برنامج يعمل في الشبكة. هناك فإنه سيتم استخدام عدد كبير من أجهزة الكمبيوتر لمعالجة كتل البيانات اللاحقة، ومتوسط الوقت بين الكتل - 10 ميكروثانية. سوف تحتاج برامج لإنشاء علامة من الجسيمات، المقابلة لنقطة الانطلاق. والنتيجة هي مجموعة من البيانات شكلت تتكون من الزخم والطاقة، والمسار الآخر الذي نشأ خلال حدث واحد.

أجزاء مسرع

ويمكن تقسيم كل مسرع إلى 5 أجزاء رئيسية:

1) مسرع المصادم الإلكترون بوزيترون. الجزء هو حوالي 7 المغناطيس tysyach مع خصائص فائقة التوصيل. معهم يحدث من خلال اتجاه حلقي النفق شعاع. وكما أنها تركز شعاع في تدفق واحد الذي يقلل إلى عرض شعرة واحدة العرض.

2) ضغط الملف اللولبي الميون. تم تصميم هذا كاشف للأغراض العامة. في مثل هذا كاشف يبحثون عن الظواهر الجديدة و، على سبيل المثال، ابحث عن الجسيمات هيغز.

3) الكاشف LHCb. وتكمن أهمية هذا الجهاز هو للبحث عن الكواركات والجسيمات المعارضة لها - الكوارك.

4) ATLAS تركيب حلقي. تم تصميم هذا كاشف لتثبيت من الميونات.

5) أليس. هذا كاشف يلتقط تصطدم أيونات الرصاص، واصطدام البروتون البروتون.

الصعوبات التي تبدأ في LHC

وعلى الرغم من أن وجود التكنولوجيا العالية يلغي احتمال وجود أخطاء في ممارسة كل ما هو مختلف. خلال تأخير، وكذلك الوقت فشل التجمع دواسة البنزين. يجب أن أقول أن هذا الوضع غير متوقع لم يكن. الجهاز يحتوي على العديد من الفروق الدقيقة ويتطلب مثل هذه الدقة أن العلماء يتوقعون نتائج مماثلة. على سبيل المثال، واحدة من المشاكل التي واجهت العلماء خلال إطلاق - رفض المغناطيس، والتي ركزت أشعة من البروتونات على الفور قبل الاصطدام. وكان سبب هذا حادث خطير بسبب تدمير جبل بسبب فقدان المغناطيس فائق التوصيل.

نشأت هذه المشكلة في عام 2007. بسبب ذلك، وإطلاق المصادم تأجيل عدة مرات، وفي يونيو تم تدشين المكان، ما يقرب من مصادم العام تبدأ بعد.

وكان إطلاق الأخير من المصادم ناجحا، فإنه يجمع العديد من تيرابايت من البيانات.

مصادم هادرون، وإطلاق التي جرت في 5 أبريل 2015، وتعمل بنجاح. خلال الحزم الشهر سوف مطاردة حول الحلبة، وزيادة القوة تدريجيا. أهداف الدراسة على هذا النحو، لا. وسيتم زيادة الطاقة الحزم الاصطدام. قيمة الرفع 7-13 TEV TEV. وهذه الزيادة تسمح لرؤية فرص جديدة في تصادم الجسيمات.

في عام 2013 و 2014. وكانت عمليات التفتيش فنية خطيرة من الأنفاق، مسرعات، للكشف عن ومعدات أخرى. وكانت النتيجة 18 مغناطيس القطبين وفائق التوصيل وظيفة. وتجدر الإشارة إلى أن العدد الإجمالي منها هو 1232 قطعة. ومع ذلك، فقد المغناطيس المتبقية لم تذهب دون أن يلاحظها أحد. وإلا فإننا استبدال نظام الحماية ضد تهدئة، وطرح تحسينها. تحسنت أيضا نظام التبريد للمغناطيس. وهذا يسمح لهم بالبقاء في درجات حرارة منخفضة، مع أقصى قدر من السلطة.

إذا كان كل شيء على ما يرام، فإن إطلاق المقبل من المسرع تتم إلا بعد ثلاث سنوات. خلال هذه الفترة ومن المقرر العمل المخطط لتحسين، والفحص الفني للالمصادم.

وتجدر الإشارة إلى أن إصلاح تكاليف بنس واحد، دون النظر في التكلفة. مصادم هادرون، اعتبارا من عام 2010 يحتوي على قيمة تساوي 7.5 مليار دولار. اليورو. يعرض هذا الرقم كامل المشروع في المقام الأول في قائمة أكثر المشاريع تكلفة في تاريخ العلم.

آخر الأخبار

مصادم هادرون، وإطلاق التي وقعت في الشوط الثاني، كانت ناجحة. وقد تم جمع البيانات مثيرة للاهتمام. على سبيل المثال، تم تقديم أدلة على أن الفكرة الحديثة للجزيئات الصحيحة. يرصد هذا ممكنا بفضل التشغيل السليم للكشف عن CMS وLHCb. هذه للكشف عن تسوس BS اشتعلت من قبل اثنين من الميزون، وهو دليل الإخلاص المباشرة النظريات الحديثة.

ومن الجدير طرح السؤال، كيف يتم إثبات هذه النظرية. طريقة واحدة - وهذا هو القبض على جسيمات جديدة. وهذا هو، إذا كان الاصطدام سيكون الجسيمات الأولية الجديدة، وهو ما يعني أنه ينبغي إعادة النظر في النظرية الحديثة.

وركز العلماء الاهتمام على الجسيمات لأنها يمكن أن تظهر، أو على الأقل فتح الباب في اتجاه التناظر الفائق. وهذا هو بداية جيدة لمزيد من الدراسة والعمل في مركز للبحوث العلمية في جنيف.

ما هي الخطوة التالية؟

بعد سيحدث التحديث القادم للالمصادم ستكون مهمتها إجراء مزيد من الدراسة من الجسيمات. على وجه الخصوص، وسوف يكون من الضروري معرفة المزيد عن بوزون هيغز. وعلى الرغم من حقيقة أن تم منح هذا الاكتشاف جائزة نوبل، وليس كل من خصائصه مفهومة تماما وثبت. ولذلك، العلماء عمل طويل وصعب على دراسة هذه الجسيمات مذهلة.

وبالإضافة إلى ذلك، يجب أن نواصل العمل لإثبات أو دحض نظرية التناظر الفائق. على الرغم من أنه يبدو رائعا بعض الشيء، لكنه لا يملك الحق في الوجود. لا أعتقد أن تعطى كل الاهتمام فقط على العدد الأول من الأهمية بالنسبة لكل مشروع لديها فريقها الخاص من العلماء الذين يعملون في هذا المجال.

بالطبع، هذا ليس كل المهام التي تحتاج إلى معالجة للعلماء. مع كل تيرابايت جديد من المعلومات التي وردت على قائمة من الأسئلة تستكمل باستمرار، وإجاباتها يمكن النظر على مر السنين.