Tulong sa Tele2, mga taripa, mga tanong

Paano gumagana ang Large Hadron Collider

Ang LHC accelerator ay gagana sa batayan ng superconductivity effect, i.e. ang kakayahan ng ilang mga materyales na magsagawa ng kuryente nang walang pagtutol o pagkawala ng enerhiya, kadalasan sa napakababang temperatura. Upang mapanatili ang particle beam sa pabilog na track nito, kailangan ng mas malakas na magnetic field kaysa sa mga ginamit dati sa ibang CERN accelerators.

Ang Large Hadron Collider, isang proton accelerator na binuo sa Switzerland at France, ay walang mga analogue sa mundo. Ang istraktura ng singsing na ito, 27 km ang haba, ay itinayo sa lalim na 100 metro.

Sa loob nito, sa tulong ng 120 makapangyarihang electromagnets sa isang temperatura na malapit sa absolute zero - minus 271.3 degrees Celsius, ito ay dapat na ikalat ang nagbabanggaan na proton beam upang malapit sa bilis ng liwanag (99.9 porsyento).Gayunpaman, sa ilang mga lugar ay magku-krus ang kanilang mga landas, na magpapahintulot sa mga proton na magbanggaan. Ang mga particle ay gagabayan ng ilang libong superconducting magnet.Kapag may sapat na enerhiya, ang mga particle ay magbabangga, sa gayon ay lumikha ng isang modelo ng Big Bang.Libu-libong sensor ang magre-record ng mga sandali ng banggaan. Ang mga kahihinatnan ng banggaan ng mga proton ay magiging pangunahing paksa ng pag-aaral ng mundo. [ http://dipland.ru /Cybernetics/Large_Hadron_Collider_92988]

Mga pagtutukoy

Ang accelerator ay dapat na bumangga sa mga proton na may kabuuang enerhiya na 14 TeV (iyon ay, 14 tera electron-volt o 14 1012 electron volts) insentro ng sistema ng grabidad mga particle ng insidente, pati na rin ang nuclei nangunguna na may enerhiya na 5 GeV (5 109 electron volts) para sa bawat pares ng nagbabanggaan mga nucleon. Sa simula ng 2010 Medyo nalampasan na ng LHC ang dating record holder sa mga tuntunin ng proton energy - ang proton-antiproton collider Tevatron , na hanggang sa katapusan ng 2011 ay nagtrabaho saNational Accelerator Laboratory. Enrico Fermi(USA ). Sa kabila ng katotohanan na ang pagsasaayos ng mga kagamitan ay umaabot sa loob ng maraming taon at hindi pa natatapos, ang LHC ay naging pinaka-energetic na elementarya na particle accelerator sa mundo, na nalampasan ang iba pang mga collider sa enerhiya sa pamamagitan ng isang order ng magnitude, kabilang ang relativistic heavy ion collider . RHIC, tumatakbo sa Brookhaven Lab(USA).

Mga Detektor

Ang LHC ay may 4 na pangunahing at 3 pantulong na detektor:

· ALICE (Isang Malaking Eksperimento sa Ion Collider)

ATLAS (Isang Toroidal LHC ApparatuS)

CMS (Compact Muon Solenoid)

LHCb (Ang Large Hadron Collider beauty experiment)

TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement)

LHCf (Pasulong ang Malaking Hadron Collider)

MoEDAL (Monopole at Exotics Detector Sa LHC).

Ang ATLAS, CMS, ALICE, LHCb ay malalaking detektor na matatagpuan sa paligid ng mga punto ng banggaan ng sinag. Ang TOTEM at LHCf detector ay auxiliary, na matatagpuan sa layong ilang sampu-sampung metro mula sa beam intersection point na inookupahan ng CMS at ATLAS detector, ayon sa pagkakabanggit, at gagamitin kasama ng mga pangunahing.

CMS detector

Ang mga detektor ng ATLAS at CMS ay mga detektor ng pangkalahatang layunin na idinisenyo upang hanapin ang Higgs boson at "hindi karaniwang pisika", sa partikular. madilim na bagay , ALICE - mag-aralquark-gluon plasma sa lead heavy ion collisions, LHCb - para sa physics researchb-mga quark upang mas maunawaan ang mga pagkakaiba sa pagitan bagay at antimatter , TOTEM - idinisenyo upang pag-aralan ang pagkalat ng mga particle sa maliliit na anggulo, tulad ng nangyayari sa malapit na paglipad nang walang banggaan (ang tinatawag na mga non-colliding particle, forward particle), na nagbibigay-daan sa iyo upang mas tumpak na sukatin ang laki ng mga proton, pati na rin bilang kontrolin ang ningning ng collider, at, sa wakas, LHCf - para sa pananaliksikmga cosmic ray , na-modelo gamit ang parehong hindi nagbabanggaan na mga particle.

Ang gawain ng LHC ay nauugnay din sa ikapitong, medyo hindi gaanong mahalaga sa mga tuntunin ng badyet at pagiging kumplikado, detector (eksperimento) MoEDAL, na idinisenyo upang maghanap ng mabagal na gumagalaw na mabibigat na particle.

Sa panahon ng pagpapatakbo ng collider, ang mga banggaan ay isinasagawa nang sabay-sabay sa lahat ng apat na punto ng intersection ng mga beam, anuman ang uri ng pinabilis na mga particle (proton o nuclei). Kasabay nito, ang lahat ng mga detektor ay nangongolekta ng mga istatistika nang sabay-sabay.

Konsumo sa enerhiya

Sa panahon ng operasyon ng collider, ang tinatayang pagkonsumo ng enerhiya ay magiging 180 M Tue . Tinatayang kabuuang pagkonsumo ng enerhiya CERN para sa 2009, isinasaalang-alang ang operating collider - 1000 GWh, kung saan 700 GWh ay mahuhulog sa bahagi ng accelerator. Ang mga gastos sa enerhiya na ito ay humigit-kumulang 10% ng kabuuang taunang pagkonsumo ng enerhiya. Canton ng Geneva . Ang CERN mismo ay hindi gumagawa ng enerhiya, mayroon lamang reserbamga generator ng diesel.[http://ru.wikipedia.org/wiki/]

Marahil sa loob ng ilang taon ang Internet ay magbibigay daan sa isang bago, mas malalim na pagsasama-sama ng mga malalayong kompyuter, na magbibigay-daan hindi lamang sa malayuang paglilipat ng impormasyon na naisalokal sa iba't ibang bahagi ng mundo, kundi pati na rin sa awtomatikong paggamit ng mga mapagkukunan ng malayuang computing. Kaugnay ng paglulunsad ng Large Hadron Collider, ang CERN ay nagtatrabaho nang ilang taon upang lumikha ng naturang network.

Ang katotohanan na ang Internet (o kung ano ang tinutukoy ng terminong web) ay naimbento ng European Organization for Nuclear Research (CERN) ay matagal nang isang katotohanan sa aklat-aralin. Sa paligid ng karatulang "Sa mga koridor na ito ay nilikha ang pandaigdigang network" sa isa sa mga normal na koridor ng regular na gusali ng CERN sa araw. bukas na mga pinto laging may pulutong ng mga nanonood. Ngayon ang Internet ay ginagamit para sa kanilang mga praktikal na pangangailangan ng mga tao sa buong mundo, at sa una ay nilikha ito upang ang mga siyentipiko na nagtatrabaho sa parehong proyekto, ngunit matatagpuan sa iba't ibang bahagi ng planeta, ay maaaring makipag-usap sa isa't isa, magbahagi ng data, mag-publish ng impormasyon , kung saan posible na ma-access nang malayuan.

GRID system na binuo sa CERN (sa English grid - sala-sala, network) ay isa pang hakbang pasulong, isang bagong yugto sa pagsasama-sama ng mga gumagamit ng computer.

Nagbibigay ito hindi lamang ng kakayahang mag-publish ng data na matatagpuan sa ibang lugar sa planeta, ngunit gumamit din ng mga remote na mapagkukunan ng makina nang hindi umaalis sa iyong lugar.

Siyempre, ang mga ordinaryong computer ay hindi gumaganap ng isang espesyal na papel sa pagbibigay ng kapangyarihan sa pag-compute, kaya ang unang yugto ng pagsasama ay ang koneksyon ng mga supercomputing center sa mundo.

Ang paglikha ng sistemang ito ay nagdulot ng Large Hadron Collider. Kahit na ang GRID ay ginagamit na para sa maraming iba pang mga gawain, kung wala ang collider ay hindi ito umiiral, at kabaliktaran, nang walang GRID, ang pagproseso ng mga resulta ng collider ay imposible.

Ang mga taong nagtatrabaho sa mga pakikipagtulungan ng LHC ay matatagpuan sa iba't ibang bahagi ng planeta. Ito ay kilala na hindi lamang mga Europeo ang nagtatrabaho sa device na ito, kundi pati na rin ang lahat ng 20 bansa - mga opisyal na kalahok ng CERN, sa kabuuang tungkol sa 35 na mga bansa. Sa teoryang, upang matiyak ang pagpapatakbo ng LHC, mayroong isang alternatibo sa GRID - isang extension ng sariling mga mapagkukunan ng computing ng CERN computer center. Ngunit ang mga mapagkukunan na nasa oras ng pahayag ng problema ay ganap na hindi sapat para sa pagmomodelo ng pagpapatakbo ng accelerator, pag-iimbak ng impormasyon mula sa mga eksperimento nito at pagproseso ng siyentipiko. Samakatuwid, ang sentro ng computer ay kailangang muling itayo at gawing moderno, mas maraming mga computer at pasilidad sa pag-iimbak ng data ang dapat bilhin. Ngunit ito ay nangangahulugan na ang lahat ng pagpopondo ay nakatuon sa CERN. Ito ay hindi masyadong katanggap-tanggap para sa mga bansang malayo sa CERN. Siyempre, hindi sila interesado sa pag-isponsor ng mga mapagkukunan na magiging napakahirap gamitin at sa halip ay hilig na palakihin ang kanilang potensyal sa pag-compute at makina. Samakatuwid, ang ideya ay ipinanganak na gumamit ng mga mapagkukunan kung nasaan sila.

Huwag subukang ituon ang lahat sa isang lugar, ngunit pagsamahin ang mayroon na sa iba't ibang bahagi ng mundo.

Ilang taon na ang nakalilipas, wala akong ideya kung ano ang nabangga ng hadron, ang Higgs Boson, at kung bakit libu-libong mga siyentipiko sa buong mundo ang nagtatrabaho sa isang malaking pisikal na kampus sa hangganan ng Switzerland at France, na nagbabaon ng bilyun-bilyong dolyar sa lupa.
Pagkatapos, para sa akin, pati na rin para sa maraming iba pang mga naninirahan sa planeta, ang expression na Large Hadron Collider, kaalaman sa elementarya na mga particle na nagbabanggaan dito sa bilis ng liwanag at isa sa pinakadakilang pagtuklas kamakailang oras - ang Higgs Boson.

Kaya naman, noong kalagitnaan ng Hunyo, nagkaroon ako ng pagkakataon na makita sa sarili kong mga mata kung ano ang napakaraming pinag-uusapan at kung ano ang napakaraming magkasalungat na tsismis na kumakalat.
Ito ay hindi lamang isang maikling iskursiyon, ngunit isang buong araw na ginugol sa pinakamalaking laboratoryo ng nuclear physics sa mundo - CERN. Dito namin pinamamahalaang makipag-usap sa mga physicist mismo, at nakakita ng maraming mga kagiliw-giliw na bagay sa pang-agham na kampus na ito, bumaba sa banal ng mga banal - ang Large Hadron Collider (at pagkatapos ng lahat, kapag ito ay inilunsad at isinasagawa ang mga pagsubok, anumang pag-access dito mula sa labas ay imposible), upang bisitahin ang pabrika para sa paggawa ng mga higanteng magnet para sa collider, sa Atlas center, kung saan sinusuri ng mga siyentipiko ang data na nakuha sa collider, upang lihim na bisitahin ang pinakabagong linear collider na nasa ilalim ng konstruksiyon at kahit na, halos tulad ng sa isang pakikipagsapalaran, halos maglakad kasama matinik na landas elementarya na butil, mula sa dulo hanggang sa simula. At tingnan kung saan magsisimula ang lahat...
Ngunit tungkol sa lahat ng ito sa magkahiwalay na mga post. Ngayon lang ang Large Hadron Collider.
Kung matatawag nga lang, ayaw intindihin ng utak ko kung PAANO unang naimbento at itatayo ang ganyan.

2. Maraming taon na ang nakalipas ang larawang ito ay naging tanyag sa buong mundo. Maraming naniniwala na ito ang Big Hadron sa konteksto. Sa katunayan, ito ay isang seksyon ng isa sa pinakamalaking detector - CMS. Ang diameter nito ay halos 15 metro. Hindi ito ang pinakamalaking detector. Ang diameter ng atlas ay humigit-kumulang 22 metro.

3. Upang halos maunawaan kung ano ito sa pangkalahatan at kung gaano kalaki ang collider, tingnan natin ang satellite map.
Ito ay isang suburb ng Geneva, napakalapit sa Lake Geneva. Dito nakabatay ang malaking kampus ng CERN, na tatalakayin ko nang hiwalay sa ibang pagkakataon, at ang isang grupo ng mga collider ay matatagpuan sa ilalim ng lupa sa iba't ibang kalaliman. Oo Oo. Hindi siya nag-iisa. May sampu sila. Ang Large Hadron ay pinakoronahan lamang ang istrakturang ito, sa makasagisag na pagsasalita, na kumukumpleto sa kadena ng mga collider kung saan ang mga elementarya na particle ay pinabilis. Tatalakayin ko rin ito nang hiwalay, kasama ang particle mula sa Large (LHC) hanggang sa pinakauna, linear na Linac.
Ang LHC ring ay halos 27 kilometro ang lapad at nasa lalim na mahigit 100 metro lamang (ang pinakamalaking singsing sa figure).
Ang LHC ay may apat na detector - Alice, Atlas, LHCb at CMS. Bumaba kami sa CMS detector.

4. Bilang karagdagan sa apat na detektor na ito, ang natitirang bahagi ng espasyo sa ilalim ng lupa ay isang tunel, kung saan mayroong tuluy-tuloy na gat ng mga asul na segment na ito. Ito ay mga magnet. Mga higanteng magnet, kung saan nilikha ang isang nakatutuwang magnetic field, kung saan gumagalaw ang mga elementary particle sa bilis ng liwanag.
Mayroong 1734 sa kanila sa kabuuan.

5. Sa loob ng magnet ay ganito kumplikadong istraktura. Mayroong maraming lahat dito, ngunit ang pinaka-basic ay dalawang guwang na tubo sa loob, kung saan lumilipad ang mga proton beam.
Sa apat na lugar (sa parehong mga detektor) ang mga tubo na ito ay nagsalubong at ang mga proton beam ay nagbanggaan. Sa mga lugar kung saan sila nagbanggaan, ang mga proton ay nakakalat sa iba't ibang mga particle, na naayos ng mga detektor.
Ito ay para maikling pag-usapan kung ano ang kalokohang ito at kung paano ito gumagana.

6. Kaya, June 14, umaga, CERN. Dumating kami sa isang hindi mahahalata na bakod na may gate at isang maliit na gusali sa teritoryo.
Ito ang pasukan sa isa sa apat na detector ng Large Hadron Collider - CMS.
Dito gusto kong huminto ng kaunti upang pag-usapan kung paano kami nakarating dito at salamat kung kanino.
At ang lahat ay "nagkasala" ni Andrei, ang aming tao na nagtatrabaho sa CERN, at salamat kung kanino ang aming pagbisita ay hindi isang uri ng maikling nakakainip na iskursiyon, ngunit hindi kapani-paniwalang kawili-wili at puno ng isang malaking halaga ng impormasyon.
Si Andrei (nakasuot siya ng berdeng T-shirt) ay hindi kailanman laban sa mga panauhin at laging masaya na mag-ambag sa pagbisita sa Mecca ng nuclear physics.
Alam mo kung ano ang kawili-wili? Ito ang access mode sa Collider at sa CERN sa pangkalahatan.
Oo, ang lahat ay nasa magnetic card, ngunit ... ang isang empleyado na may kanyang pass ay may access sa 95% ng teritoryo at mga bagay.
At ang mga may mataas na antas lamang panganib sa radiation, kailangan mo ng espesyal na pag-access - ito ay nasa loob mismo ng collider.
At kaya - nang walang mga problema, ang mga empleyado ay gumagalaw sa paligid ng teritoryo.
Sa isang sandali - bilyun-bilyong dolyar at marami sa mga pinaka hindi kapani-paniwalang kagamitan ang namuhunan dito.
At pagkatapos ay naaalala ko ang ilang mga inabandunang bagay sa Crimea, kung saan ang lahat ay naputol nang mahabang panahon, ngunit, gayunpaman, ang lahat ay mega-lihim, hindi mo ito ma-shoot sa anumang kaso, at ang bagay ay isang uri ng madiskarteng isa.
Kaya lang, ang mga tao dito ay nag-iisip nang sapat gamit ang kanilang mga ulo.

7. Ito ang hitsura ng teritoryo ng CMS. Walang pakitang-tao para sa iyo sa panlabas at mga super-kotse sa paradahan. Pero kaya naman nila. Walang kailangan.

8. Ang CERN, bilang nangungunang sentro ng pananaliksik sa mundo sa larangan ng pisika, ay gumagamit ng iba't ibang direksyon sa mga tuntunin ng PR. Isa na rito ang tinatawag na "Tree".
Nag-iimbita ito mga guro sa paaralan sa physics mula sa iba't-ibang bansa at mga lungsod. Ang mga ito ay ipinapakita at sinabi dito. Pagkatapos ay bumalik ang mga guro sa kanilang mga paaralan at iulat ang kanilang nakita sa mga mag-aaral. Ang isang tiyak na bilang ng mga mag-aaral, na inspirasyon ng kuwento, ay nagsimulang mag-aral ng pisika nang may malaking interes, pagkatapos ay pumunta sa mga unibersidad para sa mga pisikal na espesyalidad at sa hinaharap, marahil ay makapagtrabaho pa rito.
Ngunit habang nag-aaral pa ang mga bata, may pagkakataon din silang bumisita sa CERN at, siyempre, bumaba sa Large Hadron Collider.
Ilang beses sa isang buwan, ang mga espesyal na "bukas na araw" ay gaganapin dito para sa mga magagaling na bata mula sa iba't ibang bansa na mahilig sa physics.
Pinipili sila ng mismong mga guro na nasa puso ng punong ito at nagsumite ng mga panukala sa tanggapan ng CERN sa Switzerland.
Nagkataon, sa araw na dumating kami upang makita ang Large Hadron Collider, isa sa mga naturang grupo mula sa Ukraine ang dumating dito - mga bata, mga mag-aaral ng Small Academy of Sciences, na pumasa sa isang mahirap na kumpetisyon. Kasama nila, bumaba kami sa lalim na 100 metro, hanggang sa pinakapuso ng Collider.

9. Kaluwalhatian kasama ang aming mga badge.
Ang mga ipinag-uutos na elemento ng mga physicist na nagtatrabaho dito ay isang helmet na may flashlight at mga bota na may metal plate sa daliri ng paa (upang protektahan ang mga daliri kapag bumaba ang karga)

10. Mga mahuhusay na bata na mahilig sa pisika. Sa ilang minuto ay matutupad na ang kanilang lugar - bababa sila sa Large Hadron Collider

11. Ang mga manggagawa ay naglalaro ng domino at nagpapahinga bago ang susunod na shift sa ilalim ng lupa.

12. Control at management center CMS. Pangunahing data mula sa mga pangunahing sensor na nagpapakilala sa paggana ng kawan ng system dito.
Sa panahon ng operasyon ng collider, isang pangkat ng 8 katao ang nagtatrabaho dito sa buong orasan.

13. Dapat sabihin na sa kasalukuyan Ang Large Hadronny ay isinara sa loob ng dalawang taon upang magsagawa ng isang programa ng pagkumpuni at paggawa ng makabago ng collider.
Ang katotohanan ay 4 na taon na ang nakalilipas ay nagkaroon ng aksidente dito, pagkatapos ay hindi gumana ang collider buong lakas(Pag-uusapan ko ang tungkol sa aksidente sa susunod na post).
Pagkatapos ng modernisasyon, na magtatapos sa 2014, dapat itong gumana sa mas malaking kapasidad.
Kung gumagana ngayon ang collider, siguradong hindi natin ito mabibisita

14. Sa isang espesyal na teknikal na elevator, bumaba kami sa lalim na higit sa 100 metro, kung saan matatagpuan ang Collider.
Ang elevator ay ang tanging paraan ng pagliligtas ng mga tauhan kung sakaling magkaroon ng emergency, bilang walang hagdan dito. Ibig sabihin, ito ang pinakaligtas na lugar sa CMS.
Ayon sa mga tagubilin, sa kaso ng isang alarma, ang lahat ng mga tauhan ay dapat na agad na pumunta sa elevator.
Ang labis na presyon ay nilikha dito upang sa kaso ng usok, ang usok ay hindi nakapasok sa loob at ang mga tao ay hindi nalason.

15. Nag-aalala si Boris na walang usok

16. Malalim. Narito ang lahat ay napuno ng mga komunikasyon

17. Walang katapusang milya ng mga wire at data cable

18. Mayroong isang malaking bilang ng mga tubo. Ang tinatawag na cryogenics. Ang katotohanan ay sa loob ng mga magnet helium ay ginagamit para sa paglamig. Ang paglamig ng iba pang mga sistema ay kinakailangan din, pati na rin ang haydrolika.

19. Mayroong isang malaking bilang ng mga server na matatagpuan sa mga silid sa pagpoproseso ng data na matatagpuan sa detector.
Ang mga ito ay naka-grupo sa tinatawag na hindi kapani-paniwalang performance trigger.
Halimbawa, ang unang trigger sa 3 millisecond mula sa 40,000,000 na kaganapan ay dapat pumili ng humigit-kumulang 400 at ilipat ang mga ito sa pangalawang trigger - ang pinakamataas na antas.

20. Fiber optic na kabaliwan.
Ang mga silid ng computer ay matatagpuan sa itaas ng detektor, bilang mayroong isang napakaliit na magnetic field na hindi nakakasagabal sa pagpapatakbo ng electronics.
Hindi posibleng mangolekta ng data sa mismong detector.

21. Global trigger. Binubuo ito ng 200 mga kompyuter

22. Ano ang Apple? Dell!!!

23. Ang mga kabinet ng server ay ligtas na nakakandado

24. Isang nakakatawang pagguhit sa isa sa mga lugar ng trabaho ng operator.

25. Sa pagtatapos ng 2012, ang Higgs Boson ay natuklasan bilang isang resulta ng isang eksperimento sa Large Hadron Collider, at ang kaganapang ito ay malawak na napansin ng mga manggagawa ng CERN.
Ang mga bote ng champagne ay hindi itinapon pagkatapos ng pagdiriwang, sa paniniwalang ito ay simula lamang ng magagandang bagay

26. Sa paglapit sa mismong detector, may mga palatandaan na nagbabala ng panganib sa radiation sa lahat ng dako.

26. Ang lahat ng empleyado ng Collider ay may mga personal na dosimeter, na dapat nilang dalhin sa mambabasa at itala ang kanilang lokasyon.
Ang dosimeter ay nag-iipon ng antas ng radiation at, sa kaso ng paglapit sa limitasyon ng dosis, ipaalam sa empleyado, at nagpapadala din ng data online sa control post, nagbabala na mayroong isang tao na malapit sa collider na nasa panganib.

27. Sa harap ng detector, isang top-level na access system.
Maaari kang pumasok sa pamamagitan ng pag-attach ng personal card, dosimeter at pagpasa ng retinal scan

28. Ang ginagawa ko

29. At narito ito - ang detektor. Ang isang maliit na tibo sa loob ay isang bagay na katulad ng isang drill chuck, na naglalaman ng mga malalaking magnet na ngayon ay tila medyo maliit. Sa ngayon, walang magnet, kasi. sumasailalim sa modernisasyon

30. Sa kondisyong gumagana, ang detektor ay konektado at mukhang isang solong kabuuan

31. Ang bigat ng detektor ay 15 libong tonelada. Isang hindi kapani-paniwalang magnetic field ang nilikha dito.

32. Ihambing ang laki ng detector sa mga tao at makinarya na gumagana sa ibaba

33. Mga asul na cable - kapangyarihan, pula - data

34. Kapansin-pansin, sa panahon ng operasyon, ang Big Hadron ay kumonsumo ng 180 megawatts ng kuryente kada oras.

35. Kasalukuyang gawain sa pagpapanatili ng sensor

36. Maraming sensor

37. At ang kapangyarihan sa kanila ... bumalik ang optical fiber

38. Ang hitsura ng isang hindi kapani-paniwalang matalinong tao.

39. Lumilipad ang isang oras at kalahati sa ilalim ng lupa na parang limang minuto ... Nang bumangon pabalik sa mortal na lupa, hindi mo sinasadyang isipin ... PAANO ito magagawa.
At BAKIT nila ito ginagawa...

Ang Large Hadron Collider ay tinutukoy bilang alinman sa isang "machine araw ng katapusan”, o ang susi sa misteryo ng sansinukob, ngunit ang kahalagahan nito ay walang pag-aalinlangan.

Tulad ng sinabi ng sikat na British thinker na si Bertrand Russell: "- ito ang alam mo, ang pilosopiya ay ang hindi mo alam." Mukhang totoo nga siyentipikong kaalaman matagal na ang nakalipas na hiwalay sa pinagmulan nito, na makikita sa pilosopikal na pananaliksik Sinaunang Greece, ngunit hindi ganoon.

Sa buong ikadalawampu siglo, sinubukan ng mga siyentipiko na hanapin sa agham ang sagot sa tanong ng istruktura ng mundo. Ang prosesong ito ay katulad ng paghahanap para sa kahulugan ng buhay: isang malaking bilang ng mga teorya, pagpapalagay at kahit na mga nakatutuwang ideya. Anong mga konklusyon ang nakuha ng mga siyentipiko simula ng XXI siglo?

Ang buong mundo ay binubuo ng elementarya na mga particle, na siyang mga huling anyo ng lahat ng bagay na umiiral, iyon ay, yaong hindi maaaring hatiin sa mas maliliit na elemento. Kabilang dito ang mga proton, electron, neutron, at iba pa. Ang mga particle na ito ay patuloy na nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Sa simula ng ating siglo, ito ay ipinahayag sa 4 na pangunahing uri: gravitational, electromagnetic, malakas at mahina. Ang una ay inilarawan ng Pangkalahatang Teorya ng Relativity, ang iba pang tatlo ay pinagsama sa loob ng balangkas ng Pamantayang Modelo (teoryang quantum). Iminungkahi din na mayroong isa pang pakikipag-ugnayan, na kalaunan ay tinawag na "Higgs field".

Unti-unti, ang ideya ng pagsasama-sama ng lahat ng mga pangunahing pakikipag-ugnayan sa loob ng balangkas ng " teorya ng lahat", na sa una ay naisip bilang isang biro, ngunit mabilis na lumago sa isang malakas direksyong siyentipiko. Bakit kailangan ito? Ang lahat ay simple! Kung walang pag-unawa sa kung paano gumagana ang mundo, para tayong mga langgam sa isang artipisyal na pugad—hindi tayo lalampas sa ating mga limitasyon. Ang kaalaman ng tao ay hindi maaaring (mabuti, o paalam hindi maaaring, kung ikaw ay isang optimista) sakupin ang istraktura ng mundo sa kabuuan nito.

Isa sa mga pinakatanyag na teorya na nagsasabing "yakapin ang lahat" ay isinasaalang-alang teorya ng string. Ito ay nagpapahiwatig na ang buong Uniberso at ang ating buhay ay multidimensional. Sa kabila ng binuo teoretikal na bahagi at ang suporta ng mga sikat na physicist tulad nina Brian Greene at Stephen Hawking, wala itong pang-eksperimentong kumpirmasyon.

Ang mga siyentipiko, makalipas ang mga dekada, ay napagod sa pagsasahimpapawid mula sa mga stand at nagpasya na bumuo ng isang bagay na dapat minsan at magpakailanman ay tuldok sa i's. Para dito, nilikha ang pinakamalaking pang-eksperimentong pasilidad sa mundo - Malaking Hadron Collider (LHC).

"Sa nakabangga!"

Ano ang isang collider? Kung magsalita wikang siyentipiko, pagkatapos ito ay isang sisingilin na particle accelerator na idinisenyo upang pabilisin ang mga elementarya na particle para sa karagdagang pag-unawa sa kanilang pakikipag-ugnayan. Sa mga termino ng karaniwang tao, ito ay isang malaking arena (o sandbox, kung gusto mo) kung saan nakikipaglaban ang mga siyentipiko upang patunayan ang kanilang mga teorya.

Sa unang pagkakataon, ang ideya na banggain ang mga elementarya na particle at makita kung ano ang mangyayari ay nagmula sa Amerikanong pisiko na si Donald William Kerst noong 1956. Iminungkahi niya na salamat dito, ang mga siyentipiko ay magagawang tumagos sa mga lihim ng uniberso. Mukhang ano ang mali sa pagtulak ng dalawang sinag ng mga proton kasama ng kabuuang enerhiya na isang milyong beses na mas malaki kaysa sa thermonuclear fusion? Angkop ang mga panahon: ang cold war, ang arm race at lahat ng iyon.

Ang kasaysayan ng paglikha ng LHC

Ang ideya ng paglikha ng isang accelerator para sa pagkuha at pag-aaral ng mga sisingilin na particle ay lumitaw noong unang bahagi ng 1920s, ngunit ang mga unang prototype ay nilikha lamang noong unang bahagi ng 1930s. Sa una, sila ay mga high-voltage linear accelerators, iyon ay, ang mga sisingilin na particle ay inilipat sa isang tuwid na linya. Ang bersyon ng singsing ay ipinakilala noong 1931 sa USA, pagkatapos ay nagsimulang lumitaw ang mga katulad na aparato sa isang bilang ng maunlad na bansa- Great Britain, Switzerland, USSR. Nakuha nila ang pangalan mga cyclotron, at nang maglaon ay nagsimulang aktibong gamitin upang lumikha ng mga sandatang nuklear.

Dapat tandaan na ang halaga ng pagbuo ng isang particle accelerator ay hindi kapani-paniwalang mataas. Ang Europa, na gumanap ng isang hindi pangunahing papel sa panahon ng Cold War, ay nag-atas sa paglikha nito European Organization for Nuclear Research (madalas basahin ang CERN sa Russian), na kalaunan ay nagsagawa ng pagtatayo ng LHC.

Ang CERN ay nilikha sa kalagayan ng pag-aalala ng komunidad ng mundo tungkol sa nuclear research sa US at USSR, na maaaring humantong sa pangkalahatang pagpuksa. Samakatuwid, nagpasya ang mga siyentipiko na magsanib-puwersa at idirekta sila sa isang mapayapang direksyon. Noong 1954, natanggap ng CERN ang opisyal na kapanganakan nito.

Noong 1983, sa ilalim ng tangkilik ng CERN, ang W at Z boson ay natuklasan, pagkatapos nito ang tanong ng pagtuklas ng mga Higgs boson ay naging sandali lamang. Sa parehong taon, nagsimula ang trabaho sa pagtatayo ng Large Electron-Positron Collider (LEPC), na may mahalagang papel sa pag-aaral ng mga natuklasang boson. Gayunpaman, kahit na noon ay naging malinaw na ang kapasidad ng nilikha na aparato ay malapit nang hindi sapat. At noong 1984, napagpasyahan na itayo ang LHC, kaagad pagkatapos na lansagin ang BEPC. Ito ang nangyari noong 2000.

Ang pagtatayo ng LHC, na nagsimula noong 2001, ay pinadali ng katotohanan na ito ay naganap sa lugar ng dating BEPK, sa lambak ng Lake Geneva. Kaugnay ng mga isyu sa financing (noong 1995 ang gastos ay tinatayang 2.6 bilyong Swiss franc, noong 2001 ay lumampas ito sa 4.6 bilyon, noong 2009 umabot ito sa 6 bilyong dolyar).

Sa sa sandaling ito Ang LHC ay matatagpuan sa isang tunel na may circumference na 26.7 km at dumadaan sa mga teritoryo ng dalawang mga bansang Europeo- France at Switzerland. Ang lalim ng tunnel ay nag-iiba mula 50 hanggang 175 metro. Dapat ding tandaan na ang enerhiya ng banggaan ng mga proton sa accelerator ay umabot sa 14 teraelectronvolts, na 20 beses na mas mataas kaysa sa mga resulta na nakamit gamit ang BEPC.

"Ang pag-usisa ay hindi isang bisyo, ngunit isang malaking kasuklam-suklam"

Ang 27 km tunnel ng CERN collider ay matatagpuan 100 metro sa ilalim ng lupa malapit sa Geneva. Matatagpuan dito ang malalaking superconducting electromagnets. Sa kanan ay mga bagon ng transportasyon. Juhanson/wikipedia.org (CC BY-SA 3.0)

Bakit kailangan itong gawa ng tao na “doomsday machine”? Inaasahan ng mga siyentipiko na makita ang mundo kung paano ito kaagad pagkatapos ng Big Bang, iyon ay, sa panahon ng pagbuo ng bagay.

Mga layunin, na itinakda ng mga siyentipiko sa panahon ng pagtatayo ng LHC:

1. Kumpirmasyon o pagtanggi sa Standard Model upang higit na makalikha ng "teorya ng lahat".
2. Patunay ng pagkakaroon ng Higgs boson bilang isang particle ng ikalimang pangunahing pakikipag-ugnayan. Ito, ayon sa teoretikal na pananaliksik, ay dapat makaapekto sa mga elektrikal at mahina na pakikipag-ugnayan, na sinisira ang kanilang simetrya.
3. Ang pag-aaral ng mga quark, na isang pangunahing particle, na 20 libong beses na mas maliit kaysa sa mga proton na binubuo ng mga ito.
4. Pagkuha at pag-aaral ng dark matter, na bumubuo sa karamihan ng uniberso.

Ang mga ito ay malayo sa mga tanging layunin na itinalaga ng mga siyentipiko sa LHC, ngunit ang iba ay higit na nauugnay o puro teoretikal.

Ano ang nakamit?

Walang alinlangan, ang pinakamalaki at pinakamahalagang tagumpay ay ang opisyal na kumpirmasyon ng pagkakaroon Higgs boson. Ang pagtuklas ng ikalimang pakikipag-ugnayan (Higgs field), na, ayon sa mga siyentipiko, ay nakakaapekto sa pagkuha ng masa ng lahat ng elementarya na mga particle. Ito ay pinaniniwalaan na kapag ang symmetry ay nasira sa panahon ng pagkilos ng Higgs field sa ibang mga field, ang W at Z boson ay nagiging napakalaking. Ang pagkatuklas ng Higgs boson ay napakahalaga sa kahalagahan nito na maraming mga siyentipiko ang nagbigay sa kanila ng pangalang "divine particle".

Ang mga quark ay pinagsama sa mga particle (proton, neutron, at iba pa), na tinatawag hadrons. Sila ang bumibilis at bumangga sa LHC, kaya ang pangalan nito. Sa panahon ng operasyon ng collider, napatunayan na imposibleng ihiwalay ang isang quark mula sa isang hadron. Kung susubukan mong gawin ito, bubunutin mo lang ang isa pang uri ng elementarya mula sa, halimbawa, isang proton - meson. Sa kabila ng katotohanan na ito ay isa lamang sa mga hadron at hindi nagdadala ng anumang bago sa sarili nito, ang karagdagang pag-aaral ng pakikipag-ugnayan ng mga quark ay dapat na isagawa nang tumpak sa maliliit na hakbang. Sa pagsasaliksik sa mga pangunahing batas ng paggana ng Uniberso, ang pagmamadali ay mapanganib.

Bagama't ang mga quark mismo ay hindi natuklasan sa proseso ng paggamit ng LHC, ang kanilang pag-iral ay itinuturing bilang isang abstraction ng matematika hanggang sa isang tiyak na punto. Ang unang naturang mga particle ay natagpuan noong 1968, ngunit noong 1995 lamang na opisyal na napatunayan ang pagkakaroon ng isang "tunay na quark". Ang mga resulta ng mga eksperimento ay nakumpirma sa pamamagitan ng posibilidad ng pagpaparami ng mga ito. Samakatuwid, ang pagkamit ng isang katulad na resulta ng LHC ay itinuturing hindi bilang isang pag-uulit, ngunit bilang isang pinagsama-samang patunay ng kanilang pag-iral! Kahit na ang problema sa katotohanan ng quark ay hindi nawala kahit saan, dahil sila ay simple hindi maiisa-isa mula sa hadrons.

Ano ang mga plano?

Ang pangunahing gawain ng paglikha ng isang "teorya ng lahat" ay hindi nalutas, ngunit ang teoretikal na pag-aaral mga pagpipilian ang mga pagpapakita nito ay isinasagawa. Sa ngayon, isa sa mga problema ng pag-iisa pangkalahatang teorya relativity at nananatili ang Standard Model magkaibang lugar kanilang mga aksyon, na may kaugnayan kung saan ang pangalawa ay hindi isinasaalang-alang ang mga tampok ng una. Samakatuwid, mahalagang lumampas sa Standard Model at maabot ang bingit bagong physics.

Supersymmetry - Naniniwala ang mga siyentipiko na ito ay nag-uugnay sa bosonic at fermionic na mga patlang ng quantum, kaya't maaari silang maging isa't isa. Ang ganitong uri ng conversion na lumalampas sa saklaw ng Standard Model, dahil may teorya na ang simetriko na pagmamapa ng mga quantum field ay batay sa gravitons. Ang mga ito, ayon sa pagkakabanggit, ay maaaring isang elementarya na particle ng gravity.

Boson Madala- ang hypothesis ng pagkakaroon ng Madala boson ay nagmumungkahi na may ibang larangan. Tanging kung ang Higgs boson ay nakikipag-ugnayan sa mga kilalang particle at matter, kung gayon ang Madala boson ay nakikipag-ugnayan sa madilim na bagay. Sa kabila ng katotohanan na sinasakop nito ang isang malaking bahagi ng Uniberso, ang pagkakaroon nito ay hindi kasama sa balangkas ng Standard Model.

Microscopic black hole isa sa mga pananaliksik ng LHC ay ang paggawa ng black hole. Oo, oo, eksakto ang itim na lugar na iyon sa outer space. Sa kabutihang palad, walang makabuluhang pag-unlad ang nagawa sa direksyong ito.

Ngayon, ang Large Hadron Collider ay isang multi-purpose research center, sa batayan kung saan ang mga teorya ay nilikha at eksperimento na nakumpirma na makakatulong sa amin na mas maunawaan ang istraktura ng mundo. Ang mga alon ng pagpuna ay madalas na tumataas sa paligid ng isang bilang ng mga patuloy na pag-aaral na may tatak na mapanganib, kabilang ang mula kay Stephen Hawking, ngunit ang laro ay talagang nagkakahalaga ng kandila. Hindi tayo makakapaglayag sa itim na karagatan na tinatawag na Universe na may isang kapitan na walang mapa, walang compass, walang pangunahing kaalaman sa mundo sa paligid natin.

Kung makakita ka ng error, mangyaring i-highlight ang isang piraso ng teksto at i-click Ctrl+Enter.

Ang pinaikling LHC (eng. Large Hadron Collider, dinaglat bilang LHC) ay isang sisingilin na particle accelerator sa mga nagbabanggaan na beam, na idinisenyo upang pabilisin ang mga proton at mabibigat na ion (lead ions) at pag-aralan ang mga produkto ng kanilang mga banggaan. Ang collider ay itinayo sa CERN (European Council for Nuclear Research), na matatagpuan malapit sa Geneva, sa hangganan ng Switzerland at France. Ang LHC ay ang pinakamalaking pang-eksperimentong pasilidad sa mundo. Mahigit sa 10,000 mga siyentipiko at inhinyero mula sa higit sa 100 mga bansa ang lumahok at nakikilahok sa konstruksiyon at pananaliksik.

Pinangalanan itong malaki dahil sa laki nito: ang haba ng pangunahing singsing ng accelerator ay 26,659 m; hadronic - dahil sa ang katunayan na pinabilis nito ang mga hadron, iyon ay, mabibigat na mga particle na binubuo ng mga quark; collider (English collider - collider) - dahil sa ang katunayan na ang mga particle beam ay pinabilis sa magkasalungat na direksyon at nagbanggaan sa mga espesyal na punto ng banggaan.

Mga pagtutukoy

Ang accelerator ay dapat na bumangga sa mga proton na may kabuuang enerhiya na 14 TeV (iyon ay, 14 teraelectronvolts o 14 1012 electron volts) sa gitna ng mass system ng mga particle ng insidente, pati na rin ang lead nuclei na may enerhiya na 5 GeV (5 109). electron volts) para sa bawat pares ng nagbabanggaan na mga nucleon. Sa simula ng 2010, ang LHC ay medyo nalampasan ang nakaraang kampeon sa mga tuntunin ng enerhiya ng proton - ang proton-antiproton collider na Tevatron, na hanggang sa katapusan ng 2011 ay nagtrabaho sa National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi (USA). Sa kabila ng katotohanan na ang pagsasaayos ng kagamitan ay umaabot nang maraming taon at hindi pa natatapos, ang LHC ay naging pinakamataas na energy particle accelerator sa mundo, na nalampasan ang iba pang mga collider sa enerhiya sa pamamagitan ng isang order ng magnitude, kabilang ang RHIC relativistic heavy ion collider na tumatakbo sa Brookhaven Laboratory (USA). ).

Ang ningning ng LHC sa mga unang linggo ng pagtakbo ay hindi hihigit sa 1029 particle/cm 2 s, gayunpaman, patuloy itong tumataas nang palagi. Ang layunin ay makamit ang isang nominal na ningning na 1.7·1034 na particle/cm 2 s, na nasa pagkakasunud-sunod ng magnitude na katumbas ng mga ningning ng BaBar (SLAC, USA) at Belle (English) (KEK, Japan).

Ang accelerator ay matatagpuan sa parehong tunnel na dating inookupahan ng Large Electron-Positron Collider. Ang tunel na may circumference na 26.7 km ay inilatag sa ilalim ng lupa sa France at Switzerland. Ang lalim ng lagusan ay mula 50 hanggang 175 metro, at ang singsing ng lagusan ay humigit-kumulang 1.4% na may kaugnayan sa ibabaw ng lupa. Upang hawakan, itama at ituon ang mga proton beam, 1624 superconducting magnet ang ginagamit, ang kabuuang haba nito ay lumampas sa 22 km. Gumagana ang mga magnet sa temperatura na 1.9 K (-271 °C), na bahagyang mas mababa sa superfluid na temperatura ng helium.

Mga detektor ng LHC

Ang LHC ay may 4 na pangunahing at 3 pantulong na detektor:

• ALICE (Isang Large Ion Collider Experiment)
• ATLAS (Isang Toroidal LHC ApparatuS)
• CMS (Compact Muon Solenoid)
• LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment)
• TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement)
• LHCf (The Large Hadron Collider forward)
• MoEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC).

Ang ATLAS, CMS, ALICE, LHCb ay malalaking detektor na matatagpuan sa paligid ng mga punto ng banggaan ng sinag. Ang TOTEM at LHCf detector ay auxiliary, na matatagpuan sa layong ilang sampu-sampung metro mula sa beam intersection point na inookupahan ng CMS at ATLAS detector, ayon sa pagkakabanggit, at gagamitin kasama ng mga pangunahing.

Ang ATLAS at CMS detector ay mga general-purpose detector na idinisenyo upang hanapin ang Higgs boson at "non-standard physics", sa partikular na dark matter, ALICE - para pag-aralan ang quark-gluon plasma sa mabibigat na lead ion collisions, LHCb - para pag-aralan ang physics ng b-quarks, na magbibigay-daan upang mas maunawaan ang mga pagkakaiba sa pagitan ng matter at antimatter, ang TOTEM ay idinisenyo upang pag-aralan ang pagkalat ng mga particle sa maliliit na anggulo, tulad ng nangyayari sa mga malapit na span nang walang banggaan (ang tinatawag na non-colliding particle, forward particle), na nagbibigay-daan sa iyo upang mas tumpak na sukatin ang laki ng mga proton, pati na rin kontrolin ang ningning ng collider, at, sa wakas, LHCf - para sa pag-aaral ng mga cosmic ray, na na-modelo gamit ang parehong hindi nagbabanggaan na mga particle.

Ang ikapitong detector (eksperimento) na MoEDAL, na idinisenyo upang maghanap ng mabagal na gumagalaw na mabibigat na particle, ay nauugnay din sa pagpapatakbo ng LHC.

Sa panahon ng pagpapatakbo ng collider, ang mga banggaan ay isinasagawa nang sabay-sabay sa lahat ng apat na punto ng intersection ng mga beam, anuman ang uri ng pinabilis na mga particle (proton o nuclei). Kasabay nito, ang lahat ng mga detektor ay nangongolekta ng mga istatistika nang sabay-sabay.

Pagpapabilis ng mga particle sa isang collider

Ang bilis ng mga particle sa LHC sa nagbabanggaan na mga beam ay malapit sa bilis ng liwanag sa vacuum. Ang acceleration ng mga particle sa naturang mataas na enerhiya ay nakakamit sa ilang mga yugto. Sa unang yugto, ang mababang-enerhiya na Linac 2 at Linac 3 linear accelerators ay nag-iinject ng mga proton at lead ions para sa karagdagang acceleration. Pagkatapos ang mga particle ay pumasok sa PS booster at pagkatapos ay sa PS (proton synchrotron) mismo, na nakakakuha ng enerhiya na 28 GeV. Gamit ang enerhiyang ito, kumikilos na sila sa bilis na malapit sa liwanag. Pagkatapos nito, ang particle acceleration ay nagpapatuloy sa SPS (Proton Super Synchrotron), kung saan ang enerhiya ng particle ay umabot sa 450 GeV. Pagkatapos ang grupo ng mga proton ay ipinadala sa pangunahing 26.7 kilometrong singsing, na dinadala ang enerhiya ng mga proton sa maximum na 7 TeV, at sa mga punto ng banggaan, itinatala ng mga detektor ang mga kaganapang naganap. Dalawang nagbabanggaan na proton beam, kapag ganap na napuno, ay maaaring maglaman ng 2808 bunches bawat isa. Sa maagang yugto Ang pag-debug sa proseso ng acceleration ay nagpapalipat-lipat lamang ng isang bungkos sa isang sinag na ilang sentimetro ang haba at maliit na nakahalang ang laki. Pagkatapos ay nagsisimula silang dagdagan ang bilang ng mga clots. Ang mga kumpol ay matatagpuan sa mga nakapirming posisyon na may kaugnayan sa bawat isa, na gumagalaw nang sabay-sabay sa kahabaan ng singsing. Ang mga kumpol sa isang tiyak na pagkakasunod-sunod ay maaaring magbanggaan sa apat na punto ng singsing, kung saan matatagpuan ang mga particle detector.

Ang kinetic energy ng lahat ng hadron bunches sa LHC kapag ito ay ganap na napuno ay maihahambing sa kinetic energy ng isang jet aircraft, bagama't ang masa ng lahat ng particle ay hindi lalampas sa isang nanogram at hindi sila makikita kahit sa mata. Ang ganitong enerhiya ay nakakamit dahil sa bilis ng mga particle na malapit sa bilis ng liwanag.

dumaan ang mga clots Buong bilog accelerator na mas mabilis kaysa sa 0.0001 seg, kaya gumagawa ng higit sa 10 libong rebolusyon bawat segundo

Mga layunin at layunin ng LHC

Ang pangunahing gawain ng Large Hadron Collider ay alamin ang istraktura ng ating mundo sa mga distansyang mas mababa sa 10–19 m, "pagsusuri" nito ng mga particle na may lakas ng ilang TeV. Sa ngayon, maraming hindi direktang ebidensya ang naipon na sa sukat na ito, ang mga pisiko ay dapat magbukas ng isang tiyak na "bagong layer ng katotohanan", ang pag-aaral kung saan ay magbibigay ng mga sagot sa maraming mga katanungan ng pangunahing pisika. Kung ano ang eksaktong magiging layer ng katotohanan na ito ay hindi alam nang maaga. Ang mga teorista, siyempre, ay nagmungkahi na ng daan-daang iba't ibang mga phenomena na maaaring maobserbahan sa mga lakas ng banggaan ng ilang TeV, ngunit ito ay ang eksperimento na magpapakita kung ano ang aktwal na natanto sa kalikasan.

Maghanap ng Bagong Physics Ang Pamantayang Modelo ay hindi maituturing na pinakahuling teorya ng elementarya na mga particle. Dapat itong bahagi ng ilang mas malalim na teorya ng istruktura ng microworld, ang bahaging nakikita sa mga eksperimento ng collider sa mga energies na mas mababa sa humigit-kumulang 1 TeV. Ang ganitong mga teorya ay sama-samang tinutukoy bilang "Bagong Physics" o "Higit pa sa Standard Model". Ang pangunahing gawain ng Large Hadron Collider ay upang makakuha ng hindi bababa sa mga unang pahiwatig ng kung ano ang mas malalim na teorya na ito. Upang higit pang pagsamahin ang mga pangunahing pakikipag-ugnayan sa isang teorya, iba't ibang mga diskarte ang ginagamit: string theory, na binuo sa M-theory (brane theory), supergravity theory, loop quantum gravity, atbp. Ang ilan sa kanila ay may mga panloob na problema, at wala sa kanila ang may pang-eksperimentong kumpirmasyon. Ang problema ay upang maisagawa ang kaukulang mga eksperimento, kailangan ang mga enerhiya na hindi matamo sa mga modernong particle accelerators. Papaganahin ng LHC ang mga eksperimento na dating imposible at malamang na kumpirmahin o pabulaanan ang ilan sa mga teoryang ito. Kaya, mayroong isang buong hanay ng mga pisikal na teorya na may sukat na higit sa apat na nagmumungkahi ng pagkakaroon ng "supersymmetry" - halimbawa, string theory, na kung minsan ay tinatawag na superstring theory nang tumpak dahil kung walang supersymmetry ay nawawala ito. pisikal na kahulugan . Ang pagkumpirma ng pagkakaroon ng supersymmetry ay magiging isang hindi direktang kumpirmasyon ng katotohanan ng mga teoryang ito. Pag-aaral ng mga nangungunang quark Ang pinakamataas na quark ay ang pinakamabigat na quark at, bukod dito, ito ang pinakamabigat na elementarya na particle na natuklasan sa ngayon. Ayon sa pinakahuling resulta mula sa Tevatron, ang masa nito ay 173.1 ± 1.3 GeV/c 2 . Dahil sa malaking masa nito, ang pinakamataas na quark ay sa ngayon ay naobserbahan lamang sa isang accelerator, ang Tevatron; ang iba pang mga accelerator ay kulang sa enerhiya upang gawin ito. Bilang karagdagan, ang mga nangungunang quark ay interesado sa mga physicist hindi lamang sa kanilang sariling karapatan, kundi pati na rin bilang isang "tool na gumagana" para sa pag-aaral ng Higgs boson. Isa sa pinakamahalagang channel para sa produksyon ng Higgs boson sa LHC ay ang associative production kasama ang nangungunang quark-antiquark pair. Upang mapagkakatiwalaang paghiwalayin ang mga naturang kaganapan mula sa background, kinakailangan munang pag-aralan ang mga katangian ng mga nangungunang quark mismo. Pag-aaral ng mekanismo ng electroweak symmetry Ang isa sa mga pangunahing layunin ng proyekto ay ang eksperimental na patunayan ang pagkakaroon ng Higgs boson, isang particle na hinulaan ng Scottish physicist na si Peter Higgs noong 1964 sa loob ng balangkas ng Standard Model. Ang Higgs boson ay isang quantum ng tinatawag na Higgs field, kapag dumaraan kung saan ang mga particle ay nakakaranas ng paglaban, na kinakatawan namin bilang mga pagwawasto sa masa. Ang boson mismo ay hindi matatag at may malaking masa (higit sa 120 GeV/c2). Sa katunayan, ang mga physicist ay hindi gaanong interesado sa Higgs boson mismo, ngunit sa mekanismo ng Higgs ng pagkasira ng simetrya ng electroweak na pakikipag-ugnayan. Pag-aaral ng quark-gluon plasma Inaasahan na humigit-kumulang isang buwan bawat taon ang gugugol sa accelerator sa mode ng nuclear collisions. Sa buwang ito, ang collider ay magpapabilis at magbabangga sa mga detector hindi sa mga proton, ngunit sa lead nuclei. Sa isang inelastic na banggaan ng dalawang nuclei sa ultrarelativistic na bilis, isang siksik at napakainit na bukol ng nuclear matter ay nabuo sa maikling panahon at pagkatapos ay nabubulok. Ang pag-unawa sa mga phenomena na nagaganap sa kasong ito (ang paglipat ng bagay sa estado ng quark-gluon plasma at ang paglamig nito) ay kinakailangan upang makabuo ng isang mas perpektong teorya ng malakas na pakikipag-ugnayan, na magiging kapaki-pakinabang kapwa para sa nuclear physics at para sa astrophysics. Ang paghahanap para sa supersymmetry Ang unang makabuluhang pang-agham na tagumpay ng mga eksperimento sa LHC ay maaaring ang patunay o pagtanggi ng "supersymmetry" - ang teorya na ang anumang elementarya na particle ay may mas mabigat na kasosyo, o "superparticle". Pag-aaral ng photon-hadron at photon-photon collisions Ang electromagnetic na interaksyon ng mga particle ay inilarawan bilang isang pagpapalitan ng (sa ilang mga kaso virtual) photon. Sa madaling salita, ang mga photon ay mga carrier ng electromagnetic field. Ang mga proton ay may elektrikal na sisingilin at napapalibutan ng isang electrostatic field, ayon sa pagkakabanggit, ang field na ito ay maaaring ituring bilang isang ulap ng mga virtual na photon. Anumang proton, lalo na ang relativistic na proton, ay may kasamang ulap ng mga virtual na particle bilang bahaging bumubuo. Kapag ang mga proton ay nagbanggaan sa isa't isa, ang mga virtual na particle na nakapalibot sa bawat isa sa mga proton ay nakikipag-ugnayan din. Sa matematika, ang proseso ng pakikipag-ugnayan ng particle ay inilalarawan ng mahabang serye ng mga pagwawasto, na ang bawat isa ay naglalarawan ng pakikipag-ugnayan sa pamamagitan ng mga virtual na particle. tiyak na uri(tingnan ang: mga diagram ng Feynman). Kaya, kapag pinag-aaralan ang banggaan ng mga proton, ang pakikipag-ugnayan ng bagay na may mataas na enerhiya na mga photon ay hindi direktang pinag-aralan, na kung saan ay malaking interes para sa teoretikal na pisika. Isinasaalang-alang din ang isang espesyal na klase ng mga reaksyon - ang direktang pakikipag-ugnayan ng dalawang photon, na maaaring bumangga pareho sa isang paparating na proton, na bumubuo ng mga tipikal na banggaan ng photon-hadron, at sa isa't isa. Sa mode ng nuclear collisions, dahil sa malaki singil ng kuryente nucleus, ang impluwensya ng mga electromagnetic na proseso ay mas mahalaga. Pagsubok sa mga kakaibang teorya Ang mga teorista sa pagtatapos ng ika-20 siglo ay naglagay ng malaking bilang ng hindi pangkaraniwang ideya tungkol sa istruktura ng mundo, na kung saan ay sama-samang tinatawag na "mga kakaibang modelo". Kabilang dito ang mga teoryang may malakas na gravity sa sukat ng enerhiya ng pagkakasunud-sunod ng 1 TeV, mga modelong may malaking dami spatial na sukat, mga modelong preon kung saan ang mga quark at lepton mismo ay binubuo ng mga particle, mga modelong may mga bagong uri ng pakikipag-ugnayan. Ang katotohanan ay ang naipon na pang-eksperimentong data ay hindi pa rin sapat upang lumikha ng isang teorya. At lahat ng mga teoryang ito mismo ay katugma sa magagamit na pang-eksperimentong data. Dahil ang mga teoryang ito ay maaaring gumawa ng mga partikular na hula para sa LHC, pinaplano ng mga eksperimento na subukan ang mga hula at maghanap ng mga bakas ng ilang mga teorya sa kanilang data. Inaasahan na ang mga resulta na nakuha sa accelerator ay magagawang limitahan ang imahinasyon ng mga theorists, pagsasara ng ilan sa mga iminungkahing constructions. Iba pa Inaasahan din na makakita ng mga pisikal na phenomena sa labas ng balangkas ng Standard Model. Ito ay pinlano na pag-aralan ang mga katangian ng W at Z boson, nukleyar na pakikipag-ugnayan sa mga superhigh na enerhiya, ang mga proseso ng produksyon at pagkabulok ng mabibigat na quark (b at t).

Marahil alam ng buong mundo ang pinakadakilang pang-agham na gusali sa Europa - ang Large Hadron Collider, na itinayo malapit sa Swiss city of Geneva.

Bago ang paglunsad nito, maraming nakakatakot na alingawngaw tungkol sa darating na katapusan ng mundo at ang pag-install ay magdudulot ng hindi na mapananauli na pinsala sa Swiss ecology. Gayunpaman, lumipas ang mga taon, gumagana ang collider, at ang mundo ay nananatiling pareho. Bakit sila nagtayo ng napakalaki at mahal na istraktura? Alamin natin ito.

Ano ang Large Hadron Collider?

Walang mystical tungkol sa disenyo ng Large Hadron Collider, o LHC. Ito ay isang accelerator lamang ng mga sisingilin na elementarya na mga particle, na kinakailangan para sa pagpapakalat ng mabibigat na particle at pag-aaral ng mga produkto na nabuo kapag sila ay bumangga sa iba pang mga particle.

Mayroong higit sa isang dosenang mga katulad na pag-install sa buong mundo, kabilang ang mga Russian accelerators sa Dubna malapit sa Moscow at sa Novosibirsk. Ang LHC ay unang inilunsad noong 2008, ngunit dahil sa isang aksidente na nangyari sa lalong madaling panahon, ito ay nagtrabaho nang mahabang panahon sa mababang kapasidad ng enerhiya, at mula noong 2015 lamang naging posible na patakbuhin ang planta sa mga kapasidad ng disenyo.

Tulad ng halos lahat ng naturang mga pag-install, ang LHC ay isang tunel na inilatag sa anyo ng isang singsing. Ito ay matatagpuan sa lalim na humigit-kumulang 100 metro sa hangganan sa pagitan ng France at Switzerland. Sa mahigpit na pagsasalita, ang LHC system ay may kasamang dalawang unit, ang isa ay mas maliit, ang isa ay mas malaking diameter. Ang haba ng malaking tunnel ay lumampas sa laki ng lahat ng iba pang mga accelerators na umiiral ngayon at 25.5 kilometro, kaya naman tinawag na Big ang collider.

Bakit binuo ang collider?

Mga modernong pisiko nagtagumpay sa pagbuo ng isang teoretikal na modelo na pinagsasama ang tatlo sa apat na pangunahing pakikipag-ugnayan at tinatawag na Standard Model (SM). Gayunpaman, hindi pa ito maituturing na isang komprehensibong teorya ng istruktura ng mundo, dahil ang lugar na tinatawag ng mga siyentipiko ang teorya ng quantum gravity at naglalarawan sa pakikipag-ugnayan ng gravitational ay nananatiling halos hindi ginalugad. Ang nangungunang papel dito, ayon sa teorya, ay dapat gampanan ng mekanismo ng pagbuo ng masa ng butil, na tinatawag na Higgs boson.


Ang mga siyentipiko sa buong mundo ay umaasa na ang pagsasaliksik na isinasagawa sa LHC ay gagawing posible na pag-aralan ang mga katangian ng Higgs boson sa eksperimento. Bilang karagdagan, ang pag-aaral ng mga quark ay may malaking interes - ang tinatawag na elementarya na mga particle na bumubuo ng mga hadron (dahil sa kanila, ang collider ay tinatawag na hadron).

Paano gumagana ang BAC?

Tulad ng nabanggit na, ang LHC ay isang bilog na lagusan na binubuo ng mga pangunahing at pantulong na singsing. Ang mga dingding ng tunel ay binubuo ng maraming malalakas na electromagnet na bumubuo ng isang field na nagpapabilis ng mga microparticle. Ang paunang acceleration ay nagaganap sa auxiliary tunnel, ngunit ang mga particle ay nakakakuha ng kinakailangang bilis sa pangunahing singsing, pagkatapos kung saan ang mga particle na nagmamadali patungo sa kanila ay nagbanggaan, at ang resulta ng kanilang banggaan ay naitala ng mga sensitibong aparato.

Bilang resulta ng maraming eksperimento, noong Hulyo 2012, inihayag ng pamunuan ng CERN (European Council for Nuclear Research) na ginawang posible ng mga eksperimento na makita ang Higgs boson. Sa kasalukuyan, ang pag-aaral ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nagpapatuloy, dahil marami sa mga katangian nito ay naiiba sa mga hinulaang sa teorya.

Bakit kailangan ng mga tao ng BAC?

Ang halaga ng pagtatayo ng LHC ay umabot, ayon sa iba't ibang mapagkukunan, sa higit sa 6 bilyong US dollars. Ang halaga ay nagiging mas kahanga-hanga kapag isinasaalang-alang mo ang taunang mga gastos sa pagpapatakbo ng planta. Bakit kailangan mong pasanin ang mga ganoong kalaking gastos, anong mga benepisyo ang idudulot ng collider ordinaryong mga tao?

Ang pananaliksik na pinlano at isinasagawa na sa LHC sa hinaharap ay maaaring magbukas sa mga tao ng access sa murang enerhiya, na literal na makukuha mula sa manipis na hangin. Ito na marahil ang pinakaambisyoso na siyentipiko at teknolohikal na rebolusyon sa kasaysayan ng sangkatauhan. Bilang karagdagan, sa pamamagitan ng pag-unawa sa mekanismo ng Higgs boson, ang mga tao ay maaaring makakuha ng kapangyarihan sa isang puwersa na sa ngayon ay nananatiling ganap na lampas sa kontrol ng mga tao - sa gravity.


Siyempre, ang mga pagtuklas na gagawin sa tulong ng Large Hadron Collider ay hindi magpapahintulot sa amin na makabisado ang teknolohiya ng pag-convert ng bagay sa enerhiya o lumikha ng isang anti-gravity na sasakyang panghimpapawid bukas - ang mga praktikal na resulta ay inaasahan lamang sa malayong hinaharap. Gayunpaman, gagawing posible ng mga eksperimento na gumawa ng ilang mas maliliit na hakbang tungo sa pag-unawa sa kakanyahan ng istruktura ng Uniberso.