(eller TANK)- for tiden den største og kraftigste partikkelakseleratoren i verden. Denne kolossen ble lansert i 2008, men fungerte lenge med redusert kapasitet. La oss finne ut hva det er og hvorfor vi trenger en stor hadronkollider.
Historie, myter og fakta
Ideen om å lage en kolliderer ble annonsert i 1984. Og prosjektet for bygging av selve kollideren ble godkjent og vedtatt allerede i 1995. Utbyggingen tilhører European Centre for Nuclear Research (CERN). Generelt vakte lanseringen av kollideren mye oppmerksomhet, ikke bare fra forskere, men også fra vanlige mennesker fra hele verden. De snakket om all slags frykt og redsler knyttet til utskytingen av kollideren.
Imidlertid venter noen selv nå, ganske mulig, på en apokalypse assosiert med arbeidet til LHC og sprekker ved tanken på hva som vil skje hvis Large Hadron Collider eksploderer. Selv om alle først og fremst var redde for et svart hull, som først var mikroskopisk, ville vokse og trygt absorbere først kollideren selv, og deretter Sveits og resten av verden. Utslettelseskatastrofen skapte også stor panikk. En gruppe forskere anla til og med et søksmål i et forsøk på å stoppe byggingen. Uttalelsen sa at antimaterieklumpene som kan produseres i kollideren vil begynne å utslette med materie, og starte en kjedereaksjon og hele universet vil bli ødelagt. Som den kjente karakteren fra Back to the Future sa:
Hele universet er selvfølgelig i verste fall. I beste fall bare vår galakse. Dr. Emet Brown.
La oss nå prøve å forstå hvorfor det er hadronisk? Faktum er at det fungerer med hadroner, eller rettere sagt akselererer, akselererer og kolliderer hadroner.
Hadroner– en klasse av elementærpartikler utsatt for sterke interaksjoner. Hadroner er laget av kvarker.
Hadroner er delt inn i baryoner og mesoner. For å gjøre det lettere, la oss si at nesten all saken vi kjenner til består av baryoner. La oss forenkle enda mer og si at baryoner er nukleoner (protoner og nøytroner som utgjør atomkjernen).
Hvordan Large Hadron Collider fungerer
Skalaen er veldig imponerende. Kollideren er en sirkulær tunnel som ligger under bakken på hundre meters dyp. Large Hadron Collider er 26 659 meter lang. Protoner, akselerert til hastigheter nær lysets hastighet, flyr i en underjordisk sirkel over territoriet til Frankrike og Sveits. For å være presis varierer dybden på tunnelen fra 50 til 175 meter. Superledende magneter brukes til å fokusere og inneholde stråler av flygende protoner deres totale lengde er omtrent 22 kilometer, og de opererer ved en temperatur på -271 grader Celsius.
Kollideren inkluderer 4 gigantiske detektorer: ATLAS, CMS, ALICE og LHCb. I tillegg til de viktigste store detektorene, er det også hjelpe. Detektorer er designet for å registrere resultatene av partikkelkollisjoner. Det vil si at etter at to protoner kolliderer i nærlyshastigheter, er det ingen som vet hva de kan forvente. For å "se" hva som skjedde, hvor den spratt og hvor langt den fløy, er det detektorer fylt med alle slags sensorer.
Resultater fra Large Hadron Collider.
Hvorfor trenger du en kolliderer? Vel, absolutt ikke for å ødelegge jorden. Det ser ut til, hva er vitsen med å kollidere partikler? Faktum er at det er mange ubesvarte spørsmål i moderne fysikk, og å studere verden ved hjelp av akselererte partikler kan bokstavelig talt åpne opp et nytt lag av virkeligheten, forstå verdens struktur og kanskje til og med svare på hovedspørsmålet om "meningen med livet, universet og generelt".
Hvilke funn er allerede gjort ved LHC? Det mest kjente er oppdagelsen Higgs boson(vi vil vie en egen artikkel til ham). I tillegg var de åpne 5 nye partikler, de første dataene om kollisjoner med rekordenergi ble innhentet, fraværet av asymmetri av protoner og antiprotoner er vist, oppdaget uvanlige protonkorrelasjoner. Listen fortsetter lenge. Men de mikroskopiske sorte hullene som skremte husmødre kunne ikke oppdages.
Og dette til tross for at kollideren ennå ikke er akselerert til maksimal kraft. For øyeblikket er den maksimale energien til Large Hadron Collider 13 TeV(tera elektron-volt). Imidlertid, etter passende forberedelse, planlegges protonene å bli akselerert til 14 TeV. Til sammenligning, i akseleratorer-forløperne til LHC, overskred ikke de maksimale oppnådde energiene 1 TeV. Slik kunne den amerikanske Tevatron-akseleratoren fra Illinois akselerere partikler. Energien som oppnås i kollideren er langt fra den høyeste i verden. Dermed overstiger energien til kosmiske stråler oppdaget på jorden energien til en partikkel akselerert i en kolliderer med en milliard ganger! Så faren for Large Hadron Collider er minimal. Det er sannsynlig at etter at alle svarene er oppnådd ved hjelp av LHC, vil menneskeheten måtte bygge en annen kraftigere kolliderer.
Venner, elsker vitenskap, og den vil definitivt elske deg! Og de kan lett hjelpe deg med å bli forelsket i vitenskap. våre forfattere. Be om hjelp og la studiene gi deg glede!
Large Hadron Collider (LHC) er en typisk (om enn superkraftig) kolliderende partikkelakselerator designet for å akselerere protoner og tunge ioner (blyioner) og studere produktene av kollisjonene deres. LHC er et mikroskop ved hjelp av som fysikere vil nøste opp hva og hvordan materie er laget av, og få informasjon om strukturen på et nytt, enda mer mikroskopisk nivå.
Mange gledet seg til hva som ville skje etter lanseringen, men ingenting skjedde faktisk - vår verden er veldig kjedelig for at noe virkelig interessant og grandiost skal skje. Her er sivilisasjonen og dens skapelseskrone er mennesket, det er bare det at en viss koalisjon av sivilisasjon og mennesker har vist seg, etter å ha samlet seg det siste århundret, forurenser vi jorden i geometrisk progresjon, og ødelegger med vilje alt som har samlet seg. i millioner av år. Vi skal snakke om dette i et annet innlegg, så her er det HADRON COLLIDER.
I motsetning til de mange og varierte forventningene til folk og media, forløp alt stille og fredelig. Å, hvor alt var overdrevet, for eksempel gjentok avisene fra nummer til nummer: «LHC = verdens ende!», «Veien til katastrofe eller oppdagelse?», «Utslettelseskatastrofe», de spådde nesten slutten på verden og et gigantisk sort hull, som vil suge inn hele jorden. Tilsynelatende ble disse teoriene fremmet av misunnelige fysikere som på skolen ikke klarte å få et fullført bevis med tallet 5 i dette faget.
For eksempel var det en filosof Demokrit, som i sitt antikke Hellas (forresten, moderne skolebarn skriver dette med ett ord, fordi de oppfatter det som et ikke-eksisterende fremmed land, som USSR, Tsjekkoslovakia, Østerrike-Ungarn, Sachsen , Courland, etc. - "Ancient Hellas") han uttrykte en viss teori om at materie består av udelelige partikler - atomer, men forskere fant bevis på dette først etter omtrent 2350 år. Et atom (udelelig) kan også deles, dette ble oppdaget 50 år senere, på elektroner og kjerner, og kjerne– for protoner og nøytroner. Men de, som det viste seg, er ikke de minste partiklene og består på sin side av kvarker. I dag tror fysikere det kvarker- grensen for deling av materie og intet mindre eksisterer. Det er seks kjente typer kvarker: opp, merkelig, sjarm, skjønnhet, sann, ned - og de er forbundet med gluoner.
Ordet «collider» kommer fra engelskspråket collide – to collide. I en kolliderer flyr to partikkelutskytninger mot hverandre og når de kolliderer tilføres energiene til strålene. Mens i konvensjonelle akseleratorer, som har blitt bygget og brukt i flere tiår (deres første modeller av relativt moderat størrelse og kraft dukket opp før andre verdenskrig på 30-tallet), treffer strålen et stasjonært mål og energien til en slik kollisjon er mye mindre.
Kollideren kalles "hadron" fordi den er designet for å akselerere hadroner. Hadroner- dette er en familie av elementære partikler, som inkluderer protoner og nøytroner de utgjør kjernene til alle atomer, samt forskjellige mesoner. En viktig egenskap til hadroner er at de ikke egentlig er elementære partikler, men består av kvarker "limt sammen" av gluoner.
Kollideren ble stor på grunn av størrelsen - det er den største fysiske eksperimentelle installasjonen som noen gang har eksistert i verden, bare hovedringen til gasspedalen strekker seg mer enn 26 km.
Det antas at hastigheten til protoner akselerert av LHC vil være 0,9999999998 av lyshastigheten, og antall partikkelkollisjoner som forekommer i akseleratoren hvert sekund vil nå 800 millioner Den totale energien til kolliderende protoner vil være 14 TeV (14 teraelektrovolter, og blykjerner - 5,5 GeV for hvert par kolliderende nukleoner. Nukleoner(fra latin nucleus - nucleus) - et vanlig navn for protoner og nøytroner.
Det er forskjellige meninger om teknologien for å lage akseleratorer i dag: noen hevder at den har nådd sin logiske grense, andre at det ikke er noen grense for perfeksjon - og forskjellige anmeldelser gir anmeldelser av design som har størrelsen er 1000 ganger mindre, og hvis ytelse er høyere enn LHC' A. Innen elektronikk eller datateknologi foregår det hele tiden miniatyrisering med en samtidig økning i ytelsen.
Large Hardon Collider, LHC - en typisk (om enn ekstremt) akselerator av ladede partikler i strålene, designet for å spre protoner og tunge ioner (blyioner) og studere produktene av kollisjonene deres. BAC er dette mikroskopet, der fysikken vil avdekke, hva og hvordan man kan gjøre saken om å få informasjon om enheten på et nytt, enda mer mikroskopisk nivå.
Mange ventet spent, men det som kommer etter løpet hans, men ingenting i prinsippet og har ikke skjedd - vår verden mangler mye som har skjedd er noe veldig interessant og ambisiøst. Her er det en sivilisasjon og dens krone av skapelsen mann, nettopp fått en slags koalisjon av sivilisasjonen og folket, enhet, sammen i over et århundre, i en geometrisk progresjon zagazhivaem land, og beschinno ødelegge alt som akkumulert millioner av år. På dette vil vi snakke i en annen melding, og så - at han Hadron Collider.
Til tross for de mange og varierte forventningene til folk og media gikk alt stille og fredelig. Å, hvordan det hele var oppblåst, som avisfirmaet etter antall rom: "BAC = verdens ende!", "Veien til oppdagelse eller katastrofe?", "Utslettelseskatastrofe", nesten verdens ende og ting er et gigantisk svart hull i zasoset som hele landet. Kanskje disse teoriene fremmet misunnelig på fysikk, der skolen ikke mottok et ferdigstillelsesbevis fra figur 5, om emnet.
Her var for eksempel en filosof Demokritos, som i antikkens Hellas (og forresten dagens studenter skriver det med ett ord, som sett dette merkelige ikke-eksisterende, som USSR, Tsjekkoslovakia, Østerrike-Ungarn, Sachsen, Kurland, etc. . - "Drevnyayagretsiya"), hadde han en teori om at materie består av udelelige partikler - atomer, men beviset på dette har forskere funnet først etter omtrent 2350 år. Atom (udelelig) - kan også deles, det finnes selv etter 50 år på elektronene og kjernene og kjernen - protoner og nøytroner ved. Men de, som det viste seg, er ikke de minste partiklene og er i sin tur sammensatt av kvarker. Til dags dato tror fysikere at kvarker - grensen for deling av materie og noe mindre ikke eksisterer. Vi vet om seks typer kvarker: taket, merkelig, sjarmert, sjarmerende, ekte, bunn - og de er koblet sammen via gluoner.
Ordet "Collider" kommer fra det engelske collide - face. I kollideren begynner to partikler å fly mot hverandre og med kollisjonsenergistrålene lagt til. Mens i konvensjonelle akseleratorer, som er under konstruksjon og fungerer i flere tiår (den første av modellene deres på moderat størrelse og kraft, dukket opp før andre verdenskrig på 30-tallet), slår puchek faste mål og energien til kollisjonen er mye mindre.
"Hadronisk" kolliderer navngitt fordi den er designet for å spre hadronene. Hadroner - er en familie av elementære partikler, som inkluderer protoner og nøytroner, sammensatt av kjernen til alle atomer, samt en rekke mesoner. Et viktig trekk ved hadroner er at de ikke er virkelig elementære partikler, og er sammensatt av kvarker, "limt" gluon.
Den store kollideren har vært på grunn av størrelsen - er det største fysiske eksperimentelle oppsettet noensinne i verden, bare hovedakseleratorringen strekker seg mer enn 26 km.
Det antas at hastigheten til den spredte tanken vil 0,9999999998 protoner til lysets hastighet, og antall kollisjoner av partikler med opprinnelse i akseleratoren hvert sekund, til 800 millioner total energi av kolliderende protoner vil være 14 TeV (14 teraelektro-volt, og blykjernene - 5,5 GeV for hvert par kolliderende nukleoner (fra lat. nucleus - nucleus) - det generiske navnet på protonene og nøytronene.
Det er forskjellige syn på etableringen av akseleratorteknologi til dags dato: noen sier at det kom til sin logiske side, andre at det ikke er noen grense for perfeksjon - og de forskjellige undersøkelsene ga en oversikt over strukturer, som er 1000 ganger mindre, men høyere produktivitet BUCK 'Ja. I elektronikk eller datateknologi er konstant miniatyrisering, mens veksten av effektivitet.
Historien om etableringen av akseleratoren, som vi i dag kjenner som Large Hadron Collider, går tilbake til 2007. Opprinnelig begynte kronologien til akseleratorer med syklotronen. Enheten var en liten enhet som lett fikk plass på bordet. Så begynte historien til akseleratorer å utvikle seg raskt. Synkrofasotron og synkrotron dukket opp.
I historien var kanskje den mest interessante perioden perioden fra 1956 til 1957. I de dager lå ikke sovjetisk vitenskap, spesielt fysikk, bak sine utenlandske brødre. Ved å bruke mange års erfaring gjorde en sovjetisk fysiker ved navn Vladimir Veksler et gjennombrudd innen vitenskapen. Han skapte den kraftigste synkrofasotronen på den tiden. Driftseffekten var 10 gigaelektronvolt (10 milliarder elektronvolt). Etter denne oppdagelsen ble det laget seriøse prøver av akseleratorer: den store elektron-positronkollideren, den sveitsiske akseleratoren, i Tyskland, USA. De hadde alle ett felles mål - studiet av de grunnleggende partiklene til kvarker.
Large Hadron Collider ble opprettet først og fremst takket være innsatsen til en italiensk fysiker. Han heter Carlo Rubbia, nobelprisvinner. I løpet av sin karriere jobbet Rubbia som direktør i European Organization for Nuclear Research. Det ble besluttet å bygge og lansere en hadronkollider på stedet for forskningssenteret.
Hvor er hadronkollideren?
Kollideren ligger på grensen mellom Sveits og Frankrike. Omkretsen er 27 kilometer, og det er derfor den kalles stor. Akseleratorringen går dypt fra 50 til 175 meter. Kollideren har 1232 magneter. De er superledende, noe som betyr at det maksimale feltet for akselerasjon kan genereres fra dem, siden det praktisk talt ikke er noe energiforbruk i slike magneter. Totalvekten av hver magnet er 3,5 tonn med en lengde på 14,3 meter.
Som enhver fysisk gjenstand genererer Large Hadron Collider varme. Derfor må den hele tiden avkjøles. For å oppnå dette holdes temperaturen på 1,7 K ved bruk av 12 millioner liter flytende nitrogen. I tillegg brukes 700 tusen liter til kjøling, og viktigst av alt brukes et trykk som er ti ganger lavere enn normalt atmosfærisk trykk.
En temperatur på 1,7 K på Celsius-skalaen er -271 grader. Denne temperaturen er nesten nær det som kalles minimumsgrensen som en fysisk kropp kan ha.
Innsiden av tunnelen er ikke mindre interessant. Det finnes niob-titan kabler med superledende evner. Lengden deres er 7600 kilometer. Totalvekten på kablene er 1200 tonn. Innsiden av kabelen er en vev av 6300 ledninger med en total avstand på 1,5 milliarder kilometer. Denne lengden er lik 10 astronomiske enheter. Tilsvarer for eksempel 10 slike enheter.
Hvis vi snakker om dens geografiske plassering, kan vi si at ringene til kollideren ligger mellom byene Saint-Genis og Forney-Voltaire, som ligger på den franske siden, samt Meyrin og Vessourat - på den sveitsiske siden. En liten ring kalt PS løper langs kanten på kanten.
Meningen med tilværelsen
For å svare på spørsmålet "hva er en hadronkollider for", må du henvende deg til forskere. Mange forskere sier at dette er den største oppfinnelsen i hele vitenskapens historie, og at uten den har vitenskapen slik vi kjenner den i dag rett og slett ingen mening. Eksistensen og lanseringen av Large Hadron Collider er interessant fordi når partikler kolliderer i hadronkollideren, oppstår en eksplosjon. Alle de minste partiklene spres i forskjellige retninger. Det dannes nye partikler som kan forklare eksistensen og betydningen av mange ting.
Det første forskerne prøvde å finne i disse havarerte partiklene var en teoretisk forutsagt elementærpartikkel av fysikeren Peter Higgs, kalt Denne fantastiske partikkelen er en bærer av informasjon, antas det. Det kalles også ofte «Guds partikkel». Oppdagelsen ville bringe forskere nærmere forståelsen av universet. Det skal bemerkes at i 2012, 4. juli, hjalp Hadron Collider (oppskytingen var delvis vellykket) med å oppdage en lignende partikkel. I dag prøver forskere å studere det mer detaljert.
Hvor lenge...
Selvfølgelig oppstår spørsmålet umiddelbart: hvorfor har forskere studert disse partiklene så lenge? Hvis du har en enhet, kan du kjøre den og ta mer og mer data hver gang. Faktum er at drift av en hadronkollider er et kostbart forslag. Én lansering koster mye penger. For eksempel er det årlige energiforbruket 800 millioner kWh. Denne mengden energi forbrukes av en by med en befolkning på rundt 100 tusen mennesker, etter gjennomsnittlige standarder. Og det inkluderer ikke vedlikeholdskostnader. En annen grunn er at ved hadronkollideren er eksplosjonen som oppstår når protoner kolliderer assosiert med å motta en stor mengde data: datamaskiner leser så mye informasjon at det tar mye tid å behandle. Selv om kraften til datamaskiner som mottar informasjon er stor selv etter dagens standarder.
Den neste grunnen er ikke mindre kjent Forskere som jobber med kollideren i denne retningen er sikre på at det synlige spekteret av hele universet bare er 4%. Det antas at de gjenværende er mørk materie og mørk energi. De prøver å bevise eksperimentelt at denne teorien er riktig.
Hadron Collider: for eller imot
Den fremsatte teorien om mørk materie har sådd tvil om sikkerheten til hadronkollideren. Spørsmålet dukket opp: "Hadron-kollideren: for eller imot?" Han bekymret mange forskere. Alle de store sinnene i verden er delt inn i to kategorier. "Motstandere" fremmer en interessant teori om at hvis slik materie eksisterer, må den ha en partikkel som er motsatt. Og når partikler kolliderer i akseleratoren, dukker det opp en mørk del. Det var en risiko for at den mørke delen og den delen vi ser ville kollidere. Da kan dette føre til hele universets død. Etter den første lanseringen av hadron-kollideren ble denne teorien imidlertid delvis brutt.
Neste i betydning kommer eksplosjonen av universet, eller rettere sagt, fødselen. Det antas at under en kollisjon er det mulig å observere hvordan universet oppførte seg i de første sekundene av dets eksistens. Slik det så ut etter Big Bang oppstod. Det antas at prosessen med partikkelkollisjoner er veldig lik den som skjedde helt i begynnelsen av universet.
En annen like fantastisk idé som forskere tester ut, er eksotiske modeller. Det virker utrolig, men det er en teori som antyder at det finnes andre dimensjoner og universer med mennesker som ligner på oss. Og merkelig nok kan gasspedalen hjelpe her også.
Enkelt sagt er formålet med akseleratoren å forstå hva universet er, hvordan det ble skapt, og å bevise eller motbevise alle eksisterende teorier om partikler og relaterte fenomener. Selvfølgelig vil dette ta år, men med hver lansering dukker det opp nye funn som revolusjonerer vitenskapens verden.
Fakta om gasspedalen
Alle vet at en akselerator akselererer partikler til 99 % av lysets hastighet, men det er ikke mange som vet at prosentandelen er 99,9999991 % av lysets hastighet. Denne fantastiske figuren gir mening takket være den perfekte designen og kraftige akselerasjonsmagneter. Det er også noen mindre kjente fakta å merke seg.
De omtrent 100 millioner datastrømmene som kommer fra hver av de to hoveddetektorene kan fylle mer enn 100 000 CD-ROM-er i løpet av sekunder. På bare én måned ville antallet skiver nå en slik høyde at hvis de ble stablet, ville de være nok til å nå Månen. Derfor ble det besluttet å samle inn ikke alle dataene som kommer fra detektorene, men kun de som skal tillates brukt av datainnsamlingssystemet, som faktisk fungerer som et filter for de mottatte dataene. Det ble besluttet å registrere bare 100 hendelser som skjedde i øyeblikket av eksplosjonen. Disse hendelsene vil bli registrert i arkivet til datasenteret Large Hadron Collider, som ligger i European Laboratory for Particle Physics, som også er stedet for akseleratoren. Det som vil bli registrert vil ikke være de hendelsene som ble registrert, men de som er av størst interesse for det vitenskapelige samfunnet.
Etterbehandling
Når det er registrert, vil hundrevis av kilobyte med data bli behandlet. Til dette formålet brukes mer enn to tusen datamaskiner plassert ved CERN. Oppgaven til disse datamaskinene er å behandle primærdata og danne en database fra den som vil være praktisk for videre analyse. Deretter vil den genererte dataflyten sendes til GRID-datanettverket. Dette Internett-nettverket forener tusenvis av datamaskiner plassert i forskjellige institutter rundt om i verden og forbinder mer enn hundre store sentre på tre kontinenter. Alle slike sentre er koblet til CERN ved hjelp av fiberoptikk for maksimal dataoverføringshastighet.
Når vi snakker om fakta, må vi også nevne de fysiske indikatorene til strukturen. Akseleratortunnelen avvikes med 1,4 % fra horisontalplanet. Dette ble først og fremst gjort for å plassere det meste av akseleratortunnelen i en monolitisk bergart. Dermed er plasseringsdybden på motsatte sider forskjellig. Hvis vi teller fra siden av innsjøen, som ligger nær Genève, vil dybden være 50 meter. Den motsatte delen har en dybde på 175 meter.
Det interessante er at månefasene påvirker akseleratoren. Det ser ut til hvordan et så fjernt objekt kan påvirke på en slik avstand. Det har imidlertid blitt observert at under fullmåne, når tidevannet oppstår, stiger landet i Genève-området med så mye som 25 centimeter. Dette påvirker lengden på kollideren. Lengden øker dermed med 1 millimeter, og stråleenergien endres også med 0,02 %. Siden stråleenergien må kontrolleres ned til 0,002 %, må forskerne ta hensyn til dette fenomenet.
Det er også interessant at kollidertunnelen har form som en åttekant, og ikke en sirkel, som mange forestiller seg. Hjørner er laget av korte seksjoner. De inneholder installerte detektorer, samt et system som styrer strålen til akselererende partikler.
Struktur
Hadron Collider, hvis lansering involverer mange deler og mye spenning blant forskere, er en fantastisk enhet. Hele akseleratoren består av to ringer. Den lille ringen kalles Proton Synchrotron eller, for å bruke dens forkortelser, PS. Den store ringen er Super Proton Synchrotron, eller SPS. Sammen lar de to ringene delene akselerere til 99,9 % av lysets hastighet. Samtidig øker kollideren også energien til protoner, og øker deres totale energi med 16 ganger. Det lar også partikler kollidere med hverandre omtrent 30 millioner ganger/s. innen 10 timer. De 4 hoveddetektorene produserer minst 100 terabyte med digitale data per sekund. Innhenting av data bestemmes av individuelle faktorer. For eksempel kan de oppdage elementærpartikler som har negativ elektrisk ladning og også har halvspinn. Siden disse partiklene er ustabile, er deres direkte deteksjon umulig, det er bare mulig å detektere deres energi, som vil bli sendt ut i en viss vinkel til stråleaksen. Dette stadiet kalles det første lanseringsnivået. Dette stadiet overvåkes av mer enn 100 spesielle databehandlingstavler, som har innebygd implementeringslogikk. Denne delen av arbeidet er preget av det faktum at i løpet av datainnsamlingsperioden velges mer enn 100 tusen blokker med data per sekund. Disse dataene vil deretter bli brukt til analyse, som skjer ved hjelp av en mekanisme på høyere nivå.
Systemer på neste nivå mottar tvert imot informasjon fra alle detektortråder. Detektorprogramvaren kjører på et nettverk. Der vil den bruke et stort antall datamaskiner til å behandle påfølgende blokker med data, gjennomsnittlig tid mellom blokkene er 10 mikrosekunder. Programmer må lage partikkelmerker som tilsvarer de opprinnelige punktene. Resultatet vil være et generert sett med data bestående av impuls, energi, bane og andre som oppsto under en hendelse.
Akselerator deler
Hele akseleratoren kan deles inn i 5 hoveddeler:
1) Elektron-positron-kolliderakselerator. Delen består av ca. 7 tusen magneter med superledende egenskaper. Med deres hjelp blir strålen rettet gjennom en sirkulær tunnel. De konsentrerer også strålen til en strøm, hvis bredde reduseres til bredden av ett hår.
2) Kompakt myon-solenoid. Dette er en generell detektor. En slik detektor brukes til å søke etter nye fenomener og for eksempel til å søke etter Higgs-partikler.
3) LHCb-detektor. Betydningen av denne enheten er å søke etter kvarker og deres motsatte partikler - antikvarker.
4) Toroidal installasjon ATLAS. Denne detektoren er designet for å oppdage myoner.
5) Alice. Denne detektoren fanger opp blyionkollisjoner og proton-protonkollisjoner.
Problemer ved oppskyting av Hadron Collider
Til tross for at tilstedeværelsen av høyteknologi eliminerer muligheten for feil, er alt i praksis annerledes. Under monteringen av akseleratoren oppsto forsinkelser og feil. Det må sies at denne situasjonen ikke var uventet. Enheten inneholder så mange nyanser og krever en slik presisjon at forskerne forventet lignende resultater. For eksempel var et av problemene forskerne møtte under oppskytningen feilen i magneten som fokuserte protonstrålene rett før kollisjonen. Denne alvorlige ulykken ble forårsaket av ødeleggelsen av en del av festingen på grunn av tapet av superledning fra magneten.
Dette problemet oppsto i 2007. På grunn av dette ble oppskytingen av kollideren utsatt flere ganger, og først i juni fant oppskytingen sted nesten et år senere, ble kollideren skutt opp.
Den siste lanseringen av kollideren var vellykket, og samlet inn mange terabyte med data.
Hadron Collider, som ble lansert 5. april 2015, fungerer vellykket. I løpet av en måned vil bjelkene bli drevet rundt ringen, noe som gradvis øker kraften. Det er ingen hensikt med studien som sådan. Strålekollisjonsenergien vil økes. Verdien heves fra 7 TeV til 13 TeV. En slik økning vil tillate oss å se nye muligheter ved partikkelkollisjoner.
I 2013 og 2014 seriøse tekniske inspeksjoner av tunneler, akseleratorer, detektorer og annet utstyr fant sted. Resultatet ble 18 bipolare magneter med superledende funksjon. Det skal bemerkes at deres totale antall er 1232 stykker. De resterende magnetene gikk imidlertid ikke upåaktet hen. I resten ble kjølebeskyttelsessystemene skiftet ut og det ble installert forbedrede. Det magnetiske kjølesystemet er også forbedret. Dette gjør at de kan holde seg ved lave temperaturer med maksimal effekt.
Hvis alt går bra, vil neste lansering av akseleratoren finne sted først om tre år. Etter denne perioden er det planlagt arbeid med å forbedre og teknisk inspisere kollideren.
Det skal bemerkes at reparasjoner koster en pen krone, uten å ta hensyn til kostnadene. Hadron Collider har per 2010 en prislapp på 7,5 milliarder euro. Dette tallet setter hele prosjektet på førsteplass på listen over de dyreste prosjektene i vitenskapens historie.
Uttrykket "Large Hadron Collider" har blitt så dypt forankret i media at et overveldende antall mennesker vet om denne installasjonen, inkludert de hvis aktiviteter på ingen måte er forbundet med fysikken til elementærpartikler, eller med vitenskap generelt.
Et så storstilt og kostbart prosjekt kunne faktisk ikke ignoreres av media - en ringinstallasjon nesten 27 kilometer lang, som koster titalls milliarder dollar, som flere tusen forskere fra hele verden jobber med. Et betydelig bidrag til kolliderens popularitet ble gitt av den såkalte "Gud-partikkelen" eller Higgs-bosonen, som ble annonsert med suksess og som Peter Higgs mottok Nobelprisen i fysikk for i 2013.
Først av alt bør det bemerkes at Large Hadron Collider ikke ble bygget fra bunnen av, men oppsto på stedet til forgjengeren, Large Electron-Positron Collider (LEP). Arbeidet med den 27 kilometer lange tunnelen startet i 1983, hvor det senere ble planlagt å lokalisere en akselerator som skulle kollidere elektroner og positroner. I 1988 stengte ringtunnelen, og arbeiderne nærmet seg tunneldrivingen så forsiktig at avviket mellom de to endene av tunnelen bare var 1 centimeter.
Akseleratoren virket til slutten av 2000, da den nådde toppenergien på 209 GeV. Etter dette begynte demonteringen. I løpet av de elleve årene av driften har LEP brakt en rekke funn til fysikk, inkludert oppdagelsen av W- og Z-bosoner og deres videre forskning. Basert på resultatene fra disse studiene ble det konkludert med at mekanismene for elektromagnetiske og svake interaksjoner er like, som et resultat av at det begynte å teoretisk arbeid med å kombinere disse interaksjonene til de elektrosvake.
I 2001 begynte byggingen av Large Hadron Collider på stedet for elektron-positron-akseleratoren. Byggingen av den nye akseleratoren ble fullført i slutten av 2007. Den lå på LEP-stedet - på grensen mellom Frankrike og Sveits, i dalen ved Genfersjøen (15 km fra Genève), på hundre meters dyp. I august 2008 startet tester av kollideren, og 10. september fant den offisielle lanseringen av LHC sted. Som med den forrige akseleratoren, ledes bygging og drift av anlegget av European Organization for Nuclear Research - CERN.
CERN
Det er verdt å nevne kort om CERN-organisasjonen (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire). Denne organisasjonen fungerer som verdens største laboratorium innen høyenergifysikk. Inkluderer tre tusen fast ansatte, og flere tusen flere forskere og forskere fra 80 land deltar i CERN-prosjekter.
For øyeblikket er det 22 land som deltar i prosjektet: Belgia, Danmark, Frankrike, Tyskland, Hellas, Italia, Nederland, Norge, Sverige, Sveits, Storbritannia - grunnleggere, Østerrike, Spania, Portugal, Finland, Polen, Ungarn , Tsjekkia, Slovakia, Bulgaria og Romania - tiltrådte. Men, som nevnt ovenfor, deltar flere titalls flere land i arbeidet til organisasjonen på en eller annen måte, og spesielt ved Large Hadron Collider.
Hvordan fungerer Large Hadron Collider?
Hva er Large Hadron Collider og hvordan den fungerer er hovedspørsmålene av offentlig interesse. La oss se nærmere på disse spørsmålene.
Collider - oversatt fra engelsk betyr "en som kolliderer." Hensikten med et slikt oppsett er å kollidere partikler. Når det gjelder hadronkollideren, spilles partiklene av hadroner - partikler som deltar i sterke interaksjoner. Dette er protoner.
Får protoner
Den lange reisen av protoner har sin opprinnelse i duoplasmatronen - det første trinnet av akseleratoren, som mottar hydrogen i form av gass. En duoplasmatron er et utladningskammer hvor en elektrisk utladning ledes gjennom en gass. Så hydrogen, som består av bare ett elektron og ett proton, mister elektronet sitt. På denne måten dannes plasma – et stoff som består av ladede partikler – protoner. Selvfølgelig er det vanskelig å oppnå rent protonplasma, så det resulterende plasmaet, som også inkluderer en sky av molekylære ioner og elektroner, filtreres for å isolere protonskyen. Under påvirkning av magneter blir protonplasma banket inn i en stråle.
Foreløpig akselerasjon av partikler
Den nydannede protonstrålen begynner sin reise i den lineære akseleratoren LINAC 2, som er en 30 meter lang ring sekvensielt hengt med flere hule sylindriske elektroder (ledere). Det elektrostatiske feltet som skapes inne i akseleratoren er gradert på en slik måte at partikler mellom de hule sylindrene alltid opplever en akselererende kraft i retning av neste elektrode. Uten å fordype oss helt i protonakselerasjonsmekanismen på dette stadiet, merker vi bare at ved utgangen fra LINAC 2 mottar fysikere en stråle av protoner med en energi på 50 MeV, som allerede når 31% av lysets hastighet. Det er bemerkelsesverdig at i dette tilfellet øker massen av partikler med 5%.
Innen 2019-2020 er det planlagt å erstatte LINAC 2 med LINAC 4, som vil akselerere protoner til 160 MeV.
Det er verdt å merke seg at kollideren også akselererer blyioner, noe som vil gjøre det mulig å studere kvark-gluonplasma. De akselereres i LINAC 3-ringen, i likhet med LINAC 2. I fremtiden planlegges det også eksperimenter med argon og xenon.
Deretter går protonpakkene inn i protonsynkronforsterkeren (PSB). Den består av fire overlagrede ringer med en diameter på 50 meter, der elektromagnetiske resonatorer er plassert. Det elektromagnetiske feltet de skaper har høy intensitet, og en partikkel som passerer gjennom det får akselerasjon som følge av feltpotensialforskjellen. Så etter bare 1,2 sekunder akselereres partiklene i PSB til 91 % av lyshastigheten og når en energi på 1,4 GeV, hvoretter de går inn i protonsynkrotronen (PS). PS-en er 628 meter i diameter og er utstyrt med 27 magneter som leder partikkelstrålen i en sirkulær bane. Her når partikkelprotonene 26 GeV.
Den nest siste ringen for akselererende protoner er Super Proton Synchrotron (SPS), hvis omkrets når 7 kilometer. Utstyrt med 1317 magneter, akselererer SPS partikler til en energi på 450 GeV. Etter omtrent 20 minutter går protonstrålen inn i hovedringen - Large Hadron Collider (LHC).
Akselerasjon og kollisjon av partikler i LHC
Overganger mellom akseleratorringer skjer gjennom elektromagnetiske felt skapt av kraftige magneter. Kolliderens hovedring består av to parallelle linjer der partikler beveger seg i en sirkulær bane i motsatt retning. Rundt 10.000 magneter er ansvarlige for å opprettholde den sirkulære banen til partiklene og lede dem til kollisjonspunktene, noen av dem veier opptil 27 tonn. For å unngå overoppheting av magnetene, brukes en helium-4-krets, gjennom hvilken omtrent 96 tonn av stoffet strømmer ved en temperatur på -271,25 ° C (1,9 K). Protoner når en energi på 6,5 TeV (det vil si at kollisjonsenergien er 13 TeV), mens hastigheten deres er 11 km/t mindre enn lysets hastighet. På et sekund passerer således en stråle av protoner gjennom den store ringen til kollideren 11 000 ganger. Før partiklene kolliderer, vil de sirkulere rundt ringen i 5 til 24 timer.
Partikkelkollisjoner skjer på fire punkter i hoved LHC-ringen, hvor fire detektorer er plassert: ATLAS, CMS, ALICE og LHCb.
Store Hadron Collider-detektorer
ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus)
— er en av to generelle detektorer ved Large Hadron Collider (LHC). Han utforsker et bredt spekter av fysikk, fra letingen etter Higgs-bosonet til partiklene som kan utgjøre mørk materie. Selv om det har de samme vitenskapelige målene som CMS-eksperimentet, bruker ATLAS forskjellige tekniske løsninger og en annen magnetisk systemdesign.
Stråler av partikler fra LHC kolliderer i midten av ATLAS-detektoren, og skaper møtende rusk i form av nye partikler som flyr ut fra kollisjonspunktet i alle retninger. Seks forskjellige deteksjonsundersystemer, arrangert i lag rundt treffpunktet, registrerer banen, momentumet og energien til partiklene, slik at de kan identifiseres individuelt. Et enormt system av magneter bøyer banene til ladede partikler slik at impulsene deres kan måles.
Interaksjonene i ATLAS-detektoren skaper en enorm dataflyt. For å behandle disse dataene bruker ATLAS et avansert «trigger»-system for å fortelle detektoren hvilke hendelser som skal registreres og hvilke som skal ignoreres. Sofistikerte datainnsamlings- og beregningssystemer brukes deretter til å analysere de registrerte kollisjonshendelsene.
Detektoren er 46 meter høy og 25 meter bred, mens massen er 7000 tonn. Disse parameterne gjør ATLAS til den største partikkeldetektoren som noen gang er bygget. Det ligger i en tunnel på 100 m dyp nær hovedstedet til CERN, nær landsbyen Meyrin i Sveits. Installasjonen består av 4 hovedkomponenter:
- Den indre detektoren har en sylindrisk form, den indre ringen er plassert bare noen få centimeter fra aksen til den passerende partikkelstrålen, og den ytre ringen har en diameter på 2,1 meter og en lengde på 6,2 meter. Den består av tre forskjellige sensorsystemer nedsenket i et magnetfelt. En intern detektor måler retningen, momentumet og ladningen til de elektrisk ladede partiklene som produseres i hver proton-proton-kollisjon. Hovedelementene i den interne detektoren er: en pikseldetektor, en halvledersporer (SCT) og en overgangsstrålingssporer (TRT).
- Kalorimetre måler energien som en partikkel mister når den passerer gjennom en detektor. Den absorberer partikler som oppstår under en kollisjon, og registrerer dermed energien deres. Kalorimetre består av lag med "absorberende" materiale med høy tetthet - bly - alternerende med lag av "aktivt medium" - flytende argon. Elektromagnetiske kalorimetre måler energien til elektroner og fotoner når de samhandler med materie. Hadron-kalorimetre måler energien til hadroner når de samhandler med atomkjerner. Kalorimetre kan stoppe de fleste kjente partikler bortsett fra myoner og nøytrinoer.
LAr (Liquid Argon Calorimeter) - ATLAS-kalorimeter
- Muon-spektrometeret består av 4000 individuelle myonkamre som bruker fire forskjellige teknologier for å identifisere myoner og måle deres momentum. Myoner passerer vanligvis gjennom en intern detektor og kalorimeter, og krever et myonspektrometer.
- ATLAS sitt magnetiske system bøyer partikler rundt forskjellige lag med detektorsystemer, noe som gjør det lettere å spore partikkelspor.
ATLAS-eksperimentet (februar 2012) involverer mer enn 3000 forskere fra 174 institusjoner i 38 land.
CMS (Compact Muon Solenoid)
— er en generell detektor ved Large Hadron Collider (LHC). I likhet med ATLAS har den et bredt fysikkprogram, alt fra å studere standardmodellen (inkludert Higgs-bosonet) til å søke etter partikler som kan utgjøre mørk materie. Selv om det har de samme vitenskapelige målene som ATLAS-eksperimentet, bruker CMS forskjellige tekniske løsninger og en annen magnetisk systemdesign.
CMS-detektoren er bygget rundt en enorm solenoidmagnet. Det er en sylindrisk spole av superledende kabel som genererer et 4 Tesla-felt, omtrent 100 000 ganger jordens magnetfelt. Feltet er begrenset av et stål "åk", som er den mest massive komponenten i detektoren, som veier 14 000 tonn. Den komplette detektoren er 21 m lang, 15 m bred og 15 m høy. Installasjonen består av 4 hovedkomponenter:
- Solenoidmagneten er den største magneten i verden og tjener til å bøye banen til ladede partikler som sendes ut fra treffpunktet. Baneforvrengning gjør det mulig å skille mellom positivt og negativt ladede partikler (siden de bøyer seg i motsatte retninger), samt å måle momentum, hvis størrelse avhenger av krumningen til banen. Den enorme størrelsen på solenoiden gjør at trackeren og kalorimetrene kan plasseres inne i spolen.
- Silicon Tracker - Består av 75 millioner individuelle elektroniske sensorer arrangert i konsentriske lag. Når en ladet partikkel flyr gjennom lagene til sporeren, overfører den en del av energien til hvert lag ved å kombinere disse kollisjonspunktene til partikkelen med forskjellige lag, tillater oss å bestemme banens bane ytterligere.
- Kalorimetre - elektroniske og hadroniske, se ATLAS-kalorimetre.
- Underdetektorer - lar deg oppdage myoner. De er representert av 1400 myonkamre, som er plassert i lag utenfor spolen, vekslende med metallplater av "åket".
CMS-eksperimentet er en av de største internasjonale vitenskapelige studiene i historien, og involverer 4300 personer: partikkelfysikere, ingeniører og teknikere, studenter og støttepersonell fra 182 institusjoner, 42 land (februar 2014).
ALICE (Et stort Ion Collider-eksperiment)
— er en tung ionedetektor på ringene til Large Hadron Collider (LHC). Den er designet for å studere fysikken til sterkt interagerende materie ved ekstreme energitettheter, der en fase av materie som kalles kvark-gluonplasma dannes.
All vanlig materie i dagens univers er laget av atomer. Hvert atom inneholder en kjerne av protoner og nøytroner (unntatt hydrogen, som ikke har nøytroner), omgitt av en sky av elektroner. Protoner og nøytroner er på sin side laget av kvarker bundet sammen med andre partikler kalt gluoner. Ingen kvark har noen gang blitt observert isolert: kvarker, så vel som gluoner, ser ut til å være permanent bundet sammen og innesperret i partikler som protoner og nøytroner. Dette kalles innesperring.
Kollisjoner i LHC skaper temperaturer som er mer enn 100 000 ganger varmere enn i midten av solen. Kollideren muliggjør kollisjoner mellom blyioner, og gjenskaper forhold som ligner på de som skjedde rett etter Big Bang. Under disse ekstreme forholdene "smelter protoner og nøytroner", og frigjør kvarkene fra deres bindinger med gluoner. Dette er kvark-gluon plasma.
ALICE-eksperimentet bruker ALICE-detektoren, som veier 10 000 tonn, er 26 m lang, 16 m høy og 16 m bred. Enheten består av tre hovedsett med komponenter: sporingsenheter, kalorimetre og. Den er også delt inn i 18 moduler. Detektoren er plassert i en tunnel på en dybde på 56 m nedenfor, nær landsbyen Saint-Denis-Pouilly i Frankrike.
Eksperimentet inkluderer mer enn 1000 forskere fra mer enn 100 fysikkinstitutter i 30 land.
LHCb (Large Hadron Collider skjønnhetseksperiment)
Eksperimentet undersøker de små forskjellene mellom materie og antimaterie ved å studere en type partikkel som kalles en skjønnhetskvark eller b-kvark.
I stedet for å omgi hele kollisjonspunktet med en lukket detektor, som ATLAS og CMS, bruker LHCb-eksperimentet en serie underdetektorer for å oppdage hovedsakelig forover-partikler - de som ble pekt fremover av en kollisjon i én retning. Den første deldetektoren monteres nær kollisjonspunktet, og de andre monteres etter hverandre i en avstand på 20 meter.
LHC skaper en stor overflod av forskjellige typer kvarker før de raskt forfaller til andre former. For å fange b-kvarker ble det utviklet komplekse bevegelige sporingsdetektorer for LHCb, plassert nær bevegelsen til partikkelstrålen gjennom kollideren.
Den 5600 tonn tunge LHCb-detektoren består av et direkte spektrometer og flatplatedetektorer. Den er 21 meter lang, 10 meter høy og 13 meter bred, og ligger 100 meter under bakken. Rundt 700 forskere fra 66 forskjellige institutter og universiteter er involvert i LHCb-eksperimentet (oktober 2013).
Andre eksperimenter ved kollideren
I tillegg til de ovennevnte eksperimentene ved Large Hadron Collider, er det to andre eksperimenter med installasjoner:
- LHCf (Large Hadron Collider fremover)— studerer partikler som kastes fremover etter kollisjonen av partikkelstråler. De simulerer kosmiske stråler, som forskere studerer som en del av eksperimentet. Kosmiske stråler er naturlig forekommende ladede partikler fra verdensrommet som konstant bombarderer jordens atmosfære. De kolliderer med kjerner i den øvre atmosfæren, og forårsaker en kaskade av partikler som når bakkenivå. Å studere hvordan kollisjoner inne i LHC produserer slike partikkelkaskader vil hjelpe fysikere med å tolke og kalibrere storskala kosmiske stråleeksperimenter som kan strekke seg over tusenvis av kilometer.
LHCf består av to detektorer som er plassert langs LHC, 140 meter unna på hver side av ATLAS-nedslagspunktet. Hver av de to detektorene veier bare 40 kilo og måler 30 cm lang, 80 cm høy og 10 cm bred. LHCf-eksperimentet involverer 30 forskere fra 9 institutter i 5 land (november 2012).
- TOTEM (Totalt tverrsnitt, elastisk spredning og diffraksjonsdissosiasjon)- eksperimentere med den lengste installasjonen på kollideren. Dens oppgave er å studere protoner selv, ved nøyaktig å måle protoner produsert i lavvinklekollisjoner. Denne regionen er kjent som "fremover"-retningen og er ikke tilgjengelig for andre LHC-eksperimenter. TOTEM-detektorer strekker seg nesten en halv kilometer rundt CMS-interaksjonspunktet. TOTEM har nesten 3.000 kg utstyr, inkludert fire atomteleskoper, samt 26 romerske grytedetektorer. Sistnevnte type gjør at detektorer kan plasseres så nært partikkelstrålen som mulig. TOTEM-eksperimentet inkluderer omtrent 100 forskere fra 16 institutter i 8 land (august 2014).
Hvorfor trengs Large Hadron Collider?
Den største internasjonale vitenskapelige installasjonen utforsker et bredt spekter av fysiske problemer:
- Studie av toppkvarker. Denne partikkelen er ikke bare den tyngste kvarken, men også den tyngste elementærpartikkelen. Å studere egenskapene til toppkvarken gir også mening fordi det er et forskningsverktøy.
- Søk og studie av Higgs-bosonet. Selv om CERN hevder at Higgs-bosonet allerede er oppdaget (i 2012), er svært lite kjent om dens natur, og videre forskning kan bringe større klarhet i mekanismen for dens virkemåte.
- Studie av kvark-gluon plasma. Når blykjerner kolliderer i høy hastighet, dannes det i kollideren. Forskningen hennes kan gi resultater nyttige både for kjernefysikk (forbedring av teorien om sterke interaksjoner) og astrofysikk (studerer universet i dets første eksistensøyeblikk).
- Søk etter supersymmetri. Denne forskningen tar sikte på å motbevise eller bevise "supersymmetri", teorien om at hver elementær partikkel har en tyngre partner kalt en "superpartikkel."
- Studie av foton-foton og foton-hadron kollisjoner. Det vil forbedre forståelsen av mekanismene til prosesser ved slike kollisjoner.
- Tester eksotiske teorier. Denne kategorien av oppgaver inkluderer de mest ukonvensjonelle - "eksotiske", for eksempel søket etter parallelle universer ved å lage mini-svarte hull.
I tillegg til disse oppgavene er det mange andre, hvis løsning også vil tillate menneskeheten å forstå naturen og verden rundt oss på et bedre nivå, noe som igjen vil åpne for muligheter for å skape nye teknologier.
Praktiske fordeler med Large Hadron Collider og grunnleggende vitenskap
Først og fremst bør det bemerkes at grunnforskning bidrar til grunnleggende vitenskap. Anvendt vitenskap omhandler anvendelsen av denne kunnskapen. Et segment av samfunnet som ikke er klar over fordelene med grunnleggende vitenskap, oppfatter ofte ikke oppdagelsen av Higgs-bosonet eller dannelsen av kvark-gluonplasma som noe vesentlig. Sammenhengen av slike studier med livet til en vanlig person er ikke åpenbar. La oss se på et kort eksempel med kjernekraft:
I 1896 oppdaget den franske fysikeren Antoine Henri Becquerel fenomenet radioaktivitet. I lang tid ble det antatt at menneskeheten ikke ville gå over til industriell bruk snart. Bare fem år før lanseringen av den første atomreaktoren i historien sa den store fysikeren Ernest Rutherford, som faktisk oppdaget atomkjernen i 1911, at atomenergi aldri ville finne sin anvendelse. Eksperter klarte å revurdere sin holdning til energien i kjernen til et atom i 1939, da de tyske forskere Lise Meitner og Otto Hahn oppdaget at urankjerner, når de ble bestrålt med nøytroner, delte seg i to deler, og frigjorde en enorm mengde energi - kjernekraft. energi.
Og først etter dette siste leddet i en rekke grunnleggende forskning kom anvendt vitenskap i spill, som på grunnlag av disse oppdagelsene oppfant en enhet for å produsere kjernekraft - en atomreaktor. Omfanget av funnet kan vurderes ved å se på andelen elektrisitet som genereres av atomreaktorer. Så i Ukraina, for eksempel, står kjernekraftverk for 56% av elektrisitetsproduksjonen, og i Frankrike - 76%.
All ny teknologi er basert på viss grunnleggende kunnskap. Her er et par korte eksempler til:
- I 1895 la Wilhelm Conrad Roentgen merke til at når den ble utsatt for røntgenstråler, blir en fotografisk plate mørkere. I dag er radiografi en av de mest brukte undersøkelsene innen medisin, og lar en studere tilstanden til indre organer og oppdage infeksjoner og hevelser.
- I 1915 foreslo Albert Einstein sitt eget. I dag tas denne teorien i betraktning når man opererer GPS-satellitter, som bestemmer plasseringen av et objekt med en nøyaktighet på et par meter. GPS brukes i mobilkommunikasjon, kartografi, transportovervåking, men først og fremst i navigasjon. Feilen til en satellitt som ikke tar hensyn til generell relativitet vil vokse med 10 kilometer per dag fra oppskytningsøyeblikket! Og hvis en fotgjenger kan bruke tankene og et papirkart, vil flyselskappiloter finne seg i en vanskelig situasjon, siden det er umulig å navigere etter skyer.
Hvis det i dag ikke er funnet en praktisk anvendelse for funnene som er gjort ved LHC, betyr ikke dette at forskerne "tukler forgjeves på kollideren." Som du vet, har en fornuftig person alltid til hensikt å oppnå maksimal praktisk anvendelse fra eksisterende kunnskap, og derfor vil kunnskapen om naturen akkumulert i prosessen med forskning ved LHC definitivt finne sin anvendelse, før eller senere. Som allerede har blitt demonstrert ovenfor, kan sammenhengen mellom grunnleggende funn og teknologiene som bruker dem noen ganger ikke være åpenbar i det hele tatt.
Til slutt, la oss merke oss de såkalte indirekte funnene, som ikke er satt som de første målene for studien. De forekommer ganske ofte, siden det å gjøre en grunnleggende oppdagelse vanligvis krever introduksjon og bruk av ny teknologi. Dermed fikk utviklingen av optikk en impuls fra grunnleggende romforskning, basert på observasjoner fra astronomer gjennom et teleskop. Når det gjelder CERN, er det slik en allestedsnærværende teknologi dukket opp - Internett, et prosjekt foreslått av Tim Berners-Lee i 1989 for å lette søket etter CERN-organisasjonsdata.
Det er søket etter måter å kombinere to grunnleggende teorier - GTR (om gravitasjonsteori) og Standardmodellen (standardmodellen som kombinerer tre grunnleggende fysiske interaksjoner - elektromagnetisk, sterk og svak). Å finne en løsning før etableringen av LHC ble hemmet av vanskeligheter med å lage teorien om kvantetyngdekraft.
Konstruksjonen av denne hypotesen involverer kombinasjonen av to fysiske teorier - kvantemekanikk og generell relativitet.
For å gjøre dette ble flere populære og moderne tilnærminger brukt - strengteori, brane-teori, supergravitasjonsteori, og også teorien om kvantetyngdekraft. Før konstruksjonen av kollideren var hovedproblemet med å utføre de nødvendige eksperimentene mangelen på energi, som ikke kan oppnås med andre moderne ladede partikkelakseleratorer.
Genève LHC ga forskere muligheten til å utføre tidligere umulige eksperimenter. Det antas at mange fysiske teorier i nær fremtid vil bli bekreftet eller tilbakevist ved hjelp av apparatet. En av de mest problematiske er supersymmetri eller strengteori, som lenge har delt fysikk i to leire - "stringerne" og deres rivaler.
Andre grunnleggende eksperimenter utført som en del av LHC-arbeidet
Forskningen til forskere innen feltet for å studere topp-, som er de tyngste kvarkene og den tyngste (173,1 ± 1,3 GeV/c²) av alle kjente elementærpartikler i dag, er også interessant.
På grunn av denne egenskapen, selv før etableringen av LHC, kunne forskere bare observere kvarker ved Tevatron-akseleratoren, siden andre enheter rett og slett ikke hadde tilstrekkelig kraft og energi. På sin side er teorien om kvarker et viktig element i den anerkjente Higgs bosonhypotesen.
Forskere utfører all vitenskapelig forskning på opprettelse og studie av egenskapene til kvarker i topp-kvark-antikvark-damprommet ved LHC.
Et viktig mål for Genève-prosjektet er også prosessen med å studere mekanismen for elektrosvak symmetri, som også er assosiert med det eksperimentelle beviset på eksistensen av Higgs-bosonet. For å definere problemet enda mer presist, er ikke emnet for studiet så mye selve bosonet, men mekanismen for å bryte symmetrien til den elektrosvake interaksjonen forutsagt av Peter Higgs.
LHC gjennomfører også eksperimenter for å søke etter supersymmetri - og det ønskede resultatet vil være både bevis på teorien om at enhver elementær partikkel alltid er ledsaget av en tyngre partner, og dens tilbakevisning.