Hogyan működik a nagy hadron ütköző?

LHC

A legtöbben tudják, hogy a nagy hadronütköző egy atomtörő - egy nagy. Átfogja a francia-svájci határt, és olyan drága volt az építése, hogy több mint egy tucat kormányzati és nem kormányzati szervnek kellett bekapcsolódnia ahhoz, hogy megvalósuljon. Az egészet tudósok ezrei irányítják több száz országból, az Európai Atomkutatási Ügynökség, a CERN koordinálásával. A fő detektorok óriási méretűek, csak a kiszolgáláshoz kifutókra és mechanikus cseresznyeválasztókra van szükség. Ez, hogy világos legyek, nagyon nagy hurok - de ennél részletesebbek is lehetnek.

A valóságban az LHC valójában számos nagyon nagy hurok, amelyek mind egyre erősebb láncolatba vannak rendezve. Kiderült, hogy egy részecske, mint egy proton, felgyorsításához különféle hardverekre van szükség - a mágnesek, amelyek képesek egy részecskét a fénysebesség 99% -áról 99,9999% -ra megnövelni, valójában nem ugyanazok a mágnesek, amelyek képesek rámpázni ugyanaz a részecske a fénysebesség 1% -áról 15% -ra. Mint ilyen, magát az LHC-t egy részecskegyorsítók bonyolult gyűjteménye táplálja, amelyek egymás után dolgoznak, hogy elérjék a 7 tera-elektronvolt (TeV) vagy annál nagyobb végső részecskeenergiát.

Ez a térkép, csakúgy, mint az LHC nagy része, csak az LHC főhurkot és a Super Proton Synchrotron-t mutatja.

Ez a térkép, csakúgy, mint az LHC nagy része, csak az LHC főhurkot és a Super Proton Synchrotron-t mutatja.



Az első a lineáris részecskegyorsító (LINAC 2), amely meglehetősen enyhén 50 mega-elektronvoltot (MeV) termel, és a kísérleti protonokat továbbítja a lánc első hurkolt gyorsítóinak, a Proton Synchrotron Boosternek (Pb). A Pb hurok gyorsan felgyorsítja a részecskéket kb. 2 giga-elektron voltig (GeV), és továbbadja a teljes Proton Synchrotronnak, amely körülbelül 28 GeV-ig folytatja a folyamatot. Innen a Proton Synchrotron átmegy a… Super-beProton Synchrotron, amely 400 GeV vagy annál nagyobb energiát képes elérni. A fizikusok valójában azt javasolták, hogy frissítsék az SPS-t a szuper-SPS (igen, ez egymás után két szuper), így a protonok elérhetik a teljes TeV értéket, mielőtt átadnák magának az LHC fő hurokjának.

A LINAC a leggyorsabb a gyorsítók közül, sőt

A LINAC a leggyorsabb a gyorsítók közül, sőt abszolút fenevad.

Ezek a részecskék nagyon közel járnak a fénysebességhez, mielőtt valaha is belépnének az LHC-be - de a protonok felgyorsítása az utóbbi néhány százalékos rész döntőnek bizonyul a modern fizikai kísérletek szempontjából. A protonok kvarkokká történő robbantása egy dolog - de az LHC olyan hatásokat akar létrehozni, amelyek annyira erőszakosak, hogy valójában deformálják az ütközési pont körüli tér szövetét, és végtelenül rövid ablakot engednek a valóban kvantumvilágba. Ez nem jön könnyen - vagy olcsón.

Ne feledje, hogy az LHC gyűrűje önmagában nem kísérlet, hanem egy eszköz, amelyet egy bizonyos erőforrással: feltöltött részecskékkel végzett kísérletek biztosítására használnak. Hogy pontosan miként kell használni ezeket a feltöltött részecskéket, azt ajelenlegi kísérletek, amelyeket a gyűrű körül különböző pontokra telepítenek, különböző célokkal. Összesen hét kísérlet van, de négy messze a legnagyobb figyelmet kapja: az ATLAS, az ALICE, a CMS és az LHCb.

Az LHC kísérletei közül valószínűleg az ATLAS a leghíresebb - itt gyűjtötte össze a CERN azon adatok többségét, amelyek végül megerősítették a Higgs-bozon létezését. A Toroidal LHC ApparatuS (kissé elnyújtva az utolsó S-hez) rövidítése, és több mint 80 láb átmérőjű! Az ATLAS-t általános célú detektornak tervezték, másodpercenként akár 40 millió sugár keresztező eseményre, és a lehető legtöbb adatot gyűjti ezekről az eseményekről.

ATLAS vs CMS

ATLAS vs CMS

A CMS, vagyis a kompakt Muon mágnesszelep egy kísérlet arra, hogy ugyanazt érje el, mint az ATLAS, de más eszközökkel. Szintén „általános célú” detektor, a CMS kisebb, de mágnesesebben koncentrálódik, négy Teslánál teret generál az ATLAS kettőjéhez. Úgy tervezték, hogy nagyjából ugyanazokra a jelenségekre nézzen, mint az ATLAS, de út közben kissé eltérő kompromisszumokat köt. A CMS is hozzájárult a Higgs-bozon megtalálásához, de a médiában közel sem játszik annyit.

Az ALICE viszont specializáltabb. A nagy ion-ütköző kísérletnek nevezett vizsgálata nem annyira a részecske sebességét helyezi előtérbe, mint inkább a lendületet, és a „nehéz magok” hatásainak mérésére szakosodott, mint például az ólom összetörése 2 és 3 TeV között. Ez olyan szintű destruktív energiát hoz létre, amely az atomokat egy kvark-gluon plazma kialakításába taszíthatja, ahol szabadon mozoghatnak és cselekedhetnek, és remélhetőleg megfigyelhetők ezekben az állapotokban. Ez azt jelenti, hogy az ALICE-t a Quantum Chromo-Dynamics (QCD) nevű koncepció megtekintésére tervezték, és a 2010-es működésének megkezdése óta javítja e terület tudományos megértését.

Az ATLAS egyértelműen a vizuálisan legimpozánsabb az LHC kísérletek közül.

Az ATLAS egyértelműen a vizuálisan legimpozánsabb az LHC kísérletek közül.

Aztán ott van a Large Hadron Collider szépség (LHCb), amely nemrégiben a hírekben szerepelt, mert megerősített egy saját részecskét: a pentaquark. Az LHCb célja az anyag egzotikus viselkedésének és különösen az anyag-antianyag aszimmetria természetének tanulmányozása a világegyetemben - az a kérdés, hogy miért van egyáltalán fennmaradt anyag. Az elmélet szerint az univerzum kezdetén az ősrobbanásnak azonos mennyiségű anyagot és antianyagot kellett volna létrehoznia. Ez a két anyag megsemmisül a kölcsönhatás során, akkor hogyan juthatna el az univerzum erre a pontra, amelyben annyi az anyag és kevés az antianyag? Az LHCb célja, hogy megtudja.

A részecske-tudomány következő nagy lépésével kapcsolatos gondolatok valószínűleg még egy ideig az LHC-nél maradnak; Ahelyett, hogy egy teljesen új építési projektet indítanának, a tudósok inkább az LHC gyorsulási láncának kibővítésével foglalkoznak. Hosszú frissítések után a közelmúltban újra kinyílt a gázpedál. Nem lehet megmondani, hogy hányszor lehet ilyen módon előrehaladni a fizikát, mielőtt a következő nagy tudományos építési projekt újrakezdődne, a semmiből.

Most olvassa el: Mi a Higgs Boson, és miért olyan fontos?

Tekintse meg az 2007es.com magyarázatok sorozatunkat a mélyebb lefedettség érdekében.

Copyright © Minden Jog Fenntartva | 2007es.com