Terdapat banyak khabar angin mengenai peranti misteri ini, ramai yang mendakwa bahawa ia akan memusnahkan Bumi, mewujudkan lubang hitam buatan dan menamatkan kewujudan manusia. Pada hakikatnya, peranti ini boleh membawa manusia sepenuhnya tahap baru, terima kasih kepada penyelidikan yang dijalankan oleh saintis. Dalam topik ini, saya cuba mengumpul semua maklumat yang diperlukan untuk memberi anda gambaran tentang Large Hadron Collider (LHC).

Jadi, topik ini mengandungi semua yang anda perlu tahu tentang Hadron Collider. Pada 30 Mac 2010, satu peristiwa bersejarah berlaku di CERN (Pertubuhan Penyelidikan Nuklear Eropah) - selepas beberapa percubaan yang tidak berjaya dan banyak peningkatan, penciptaan mesin terbesar di dunia untuk memusnahkan atom telah selesai. Ujian awal yang melibatkan perlanggaran proton pada kelajuan yang agak rendah telah dijalankan pada tahun 2009 tanpa sebarang masalah yang ketara. Peringkat sedang ditetapkan untuk eksperimen luar biasa, yang akan dijalankan pada musim bunga 2010. Model eksperimen utama LHC adalah berdasarkan perlanggaran dua rasuk proton yang berlanggar di kelajuan maksimum. Perlanggaran kuat ini memusnahkan proton, mencipta tenaga luar biasa dan zarah asas baharu. Zarah atom baru ini sangat tidak stabil dan hanya boleh wujud untuk pecahan sesaat. Alat analisis yang disertakan dalam LHC boleh merekodkan peristiwa ini dan menganalisisnya secara terperinci. Dengan cara ini, saintis cuba mensimulasikan kemunculan lubang hitam.

Pada 30 Mac 2010, dua pancaran proton ditembak ke dalam terowong 27 kilometer Large Hadron Collider dalam arah bertentangan. Mereka dipercepatkan kepada kelajuan cahaya, di mana perlanggaran berlaku. Tenaga pemecah rekod sebanyak 7 TeV (7 teraelectronvolts) telah direkodkan. Magnitud tenaga ini memecahkan rekod dan mempunyai sangat nilai-nilai penting. Sekarang mari kita berkenalan dengan komponen paling penting LHC - penderia dan pengesan yang merekodkan apa yang berlaku dalam pecahan semasa pecahan saat semasa rasuk proton berlanggar. Terdapat tiga penderia yang memainkan peranan utama semasa perlanggaran pada 30 Mac 2010 - ini adalah sebahagian daripada bahagian paling penting pelanggar, memainkan peranan penting semasa eksperimen kompleks CERN. Rajah menunjukkan lokasi empat eksperimen utama (ALICE, ATLAS, CMS dan LHCb), yang merupakan projek utama LHC. Pada kedalaman 50 hingga 150 meter di bawah tanah, gua besar telah digali khusus untuk pengesan sensor gergasi

Mari kita mulakan dengan projek yang dipanggil ALICE (akronim untuk Large Experimental Ion Collider). Ini adalah satu daripada enam kemudahan eksperimen, dibina di atas LHC. ALICE dikonfigurasikan untuk mengkaji perlanggaran ion berat. Suhu dan ketumpatan tenaga bahan nuklear yang terbentuk dalam kes ini adalah mencukupi untuk kelahiran plasma gluon. Foto menunjukkan pengesan ALICE dan kesemua 18 modulnya


Sistem Penjejakan Dalaman (ITS) dalam ALICE terdiri daripada enam lapisan silinder penderia silikon yang mengelilingi titik hentaman dan mengukur sifat dan kedudukan tepat zarah yang muncul. Dengan cara ini, zarah yang mengandungi quark berat boleh dikesan dengan mudah

Salah satu eksperimen utama LHC juga ialah ATLAS. Eksperimen dijalankan pada pengesan khas yang direka untuk mengkaji perlanggaran antara proton. ATLAS adalah 44 meter panjang, 25 meter diameter dan berat kira-kira 7,000 tan. Di tengah terowong, rasuk proton berlanggar, menjadikannya sensor terbesar dan paling kompleks seumpamanya pernah dibina. Sensor merekodkan semua yang berlaku semasa dan selepas perlanggaran proton. Matlamat projek ini adalah untuk mengesan zarah yang sebelum ini tidak didaftarkan atau dikesan di alam semesta kita.

Pembukaan dan pengesahan Higgs boson- keutamaan terpenting bagi Large Hadron Collider, kerana penemuan ini akan mengesahkan Model Standard kemunculan zarah atom asas dan jirim piawai. Apabila pelanggar berjalan pada kuasa penuh, integriti Model Standard akan musnah. Zarah asas yang sifatnya hanya sebahagiannya kita fahami tidak akan dapat mengekalkan integriti strukturnya. Model Standard mempunyai had tenaga atas 1 TeV, di atasnya zarah mereput. Pada tenaga 7 TeV, zarah dengan jisim sepuluh kali lebih besar daripada yang diketahui pada masa ini boleh dicipta. Benar, mereka akan sangat berubah-ubah, tetapi ATLAS direka untuk mengesannya dalam pecahan sesaat sebelum mereka "hilang"

Foto ini dianggap yang terbaik daripada semua gambar Large Hadron Collider:

Solenoid muon padat ( Solenoid Muon Padat) ialah salah satu daripada dua pengesan zarah universal yang besar di LHC. Kira-kira 3,600 saintis dari 183 makmal dan universiti di 38 negara menyokong CMS, yang membina dan mengendalikan pengesan itu. Solenoid itu terletak di bawah tanah di Cessy di Perancis, berhampiran sempadan dengan Switzerland. Rajah menunjukkan peranti CMS, yang akan kami beritahu anda dengan lebih terperinci.

Paling lapisan dalam- penjejak berasaskan silikon. Penjejak adalah penderia silikon terbesar di dunia. Ia mempunyai 205 m2 penderia silikon (kira-kira kawasan gelanggang tenis) yang terdiri daripada 76 juta saluran. Penjejak membolehkan anda mengukur kesan zarah bercas dalam medan elektromagnet

Pada tahap kedua terdapat Kalorimeter Elektromagnet. Kalorimeter Hadron, pada peringkat seterusnya, mengukur tenaga hadron individu yang dihasilkan dalam setiap kes

Lapisan seterusnya bagi Large Hadron Collider CMS ialah magnet yang besar. Magnet Solenoid Besar adalah 13 meter panjang dan mempunyai diameter 6 meter. Ia terdiri daripada gegelung sejuk yang diperbuat daripada niobium dan titanium. Magnet solenoid yang besar ini berfungsi pada kekuatan penuh untuk memaksimumkan hayat zarah.

Lapisan 5 - Pengesan Muon dan kuk balik. CMS direka untuk penyelidikan pelbagai jenis fizik yang boleh dikesan dalam perlanggaran LHC yang bertenaga. Sebahagian daripada penyelidikan ini adalah untuk mengesahkan atau menambah baik pengukuran parameter Model Standard, manakala banyak lagi sedang mencari fizik baharu.

Sangat sedikit maklumat tersedia tentang percubaan 30 Mac 2010, tetapi satu fakta diketahui dengan pasti. CERN berkata letupan tenaga yang tidak pernah berlaku sebelum ini direkodkan pada percubaan pelancaran ketiga pelanggar itu ketika pancaran proton berlumba di sekitar terowong sejauh 27km sebelum berlanggar dengan kelajuan cahaya. Rekod tahap tenaga yang direkodkan telah direkodkan pada maksimum yang boleh dihasilkan dalam konfigurasi semasa - kira-kira 7 TeV. Jumlah tenaga inilah yang menjadi ciri detik pertama Letupan Besar, yang menimbulkan kewujudan alam semesta kita. Pada mulanya tahap tenaga ini tidak dijangka, tetapi hasilnya melebihi semua jangkaan

Rajah menunjukkan cara ALICE merekodkan rekod pelepasan tenaga sebanyak 7 TeV:

Percubaan ini akan diulang ratusan kali sepanjang tahun 2010. Untuk membuat anda memahami betapa kompleksnya proses ini, kami boleh memberikan analogi kepada pecutan zarah dalam pelanggar. Dari segi kerumitan, ini adalah setara, sebagai contoh, dengan menembak jarum dari pulau Newfoundland dengan ketepatan yang sempurna sehingga jarum ini bertembung di suatu tempat di Atlantik, mengelilingi seluruh dunia. Matlamat utama ialah penemuan zarah asas - Higgs Boson, yang mendasari Model Standard pembinaan alam semesta

Dengan kejayaan semua eksperimen ini, dunia zarah terberat pada 400 GeV (yang dipanggil Dark Matter) akhirnya boleh ditemui dan diterokai.

Hanya beberapa tahun yang lalu, saya tidak tahu apa itu pelanggar hadron, Higgs Boson, dan mengapa beribu-ribu saintis di seluruh dunia bekerja di kampus fizik yang besar di sempadan Switzerland dan Perancis, menanam berbilion dolar di dalam tanah.
Kemudian, bagi saya, seperti kebanyakan penduduk planet ini, ungkapan Large Hadron Collider, pengetahuan tentang zarah asas yang berlanggar di dalamnya pada kelajuan cahaya dan kira-kira salah satu penemuan terbesar sejak kebelakangan ini - Higgs Boson, menjadi biasa.

Oleh itu, pada pertengahan bulan Jun, saya berpeluang melihat dengan mata kepala saya sendiri apa yang diperkatakan oleh ramai orang dan apa yang terdapat begitu banyak khabar angin yang bercanggah.
Ini bukan sekadar lawatan singkat, tetapi sehari penuh dihabiskan di makmal fizik nuklear terbesar di dunia - Cern. Di sini kami dapat berkomunikasi dengan ahli fizik itu sendiri, dan melihat banyak perkara menarik di kampus saintifik ini, dan pergi ke tempat maha kudus - Large Hadron Collider (tetapi apabila ia dilancarkan dan ujian sedang dijalankan di dalamnya. , sebarang akses dari luar ke ia adalah mustahil) , melawat kilang untuk pengeluaran magnet gergasi untuk collider, pusat Atlas, di mana saintis menganalisis data yang diperolehi dalam collider, secara rahsia melawat collider linear terbaru dalam pembinaan dan bahkan, hampir seperti dalam pencarian, praktikal berjalan di sepanjang laluan berduri zarah asas, dari akhir hingga awal. Dan lihat di mana semuanya bermula...
Tetapi mengenai semua ini dalam jawatan berasingan. Hari ini ia hanyalah Large Hadron Collider.
Jika ini boleh dipanggil secara ringkas, otak saya enggan memahami BAGAIMANA perkara sebegitu boleh mula-mula dicipta dan kemudian dibina.

2. Bertahun-tahun dahulu gambar ini menjadi terkenal di dunia. Ramai yang percaya bahawa ini adalah Hadron Besar dalam bahagian. Malah, ini adalah keratan rentas salah satu pengesan terbesar - CMS. Diameternya kira-kira 15 meter. Ini bukan pengesan terbesar. Diameter Atlas adalah kira-kira 22 meter.

3. Untuk memahami secara kasar apa itu dan berapa besar pelanggar itu, mari lihat peta satelit.
Ini adalah pinggir bandar Geneva, sangat dekat dengan Tasik Geneva. Di sinilah kampus CERN yang besar berpusat, yang akan saya bincangkan secara berasingan sedikit kemudian, dan terdapat sekumpulan pelanggar terletak di bawah tanah di pelbagai kedalaman. Ya Ya. Dia tidak keseorangan. Terdapat sepuluh daripadanya. Hadron Besar hanya memahkotai struktur ini, secara kiasan, melengkapkan rantai pelanggar yang melaluinya zarah asas dipercepatkan. Saya juga akan membincangkan perkara ini secara berasingan, bersama-sama dengan zarah dari Besar (LHC) kepada Linac linear yang pertama.
Diameter cincin LHC hampir 27 kilometer dan ia terletak pada kedalaman lebih 100 meter (gelang terbesar dalam gambar).
LHC mempunyai empat pengesan - Alice, Atlas, LHCb dan CMS. Kami pergi ke pengesan CMS.

4. Sebagai tambahan kepada empat pengesan ini, ruang bawah tanah yang lain adalah terowong yang di dalamnya terdapat usus segmen biru yang berterusan seperti ini. Ini adalah magnet. Magnet gergasi di mana medan magnet gila dicipta, di mana zarah asas bergerak pada kelajuan cahaya.
Terdapat 1734 daripadanya secara keseluruhan.

5. Di dalam magnet terdapat struktur yang begitu kompleks. Terdapat banyak perkara di sini, tetapi perkara yang paling penting ialah dua tiub berongga di dalamnya di mana rasuk proton terbang.
Di empat tempat (dalam pengesan yang sama) tiub ini bersilang dan rasuk proton berlanggar. Di tempat-tempat di mana ia berlanggar, proton berselerak ke dalam pelbagai zarah, yang dikesan oleh pengesan.
Ini adalah untuk bercakap secara ringkas tentang apa yang karut ini dan bagaimana ia berfungsi.

6. Jadi, 14 Jun, pagi, CERN. Kami tiba di pagar yang tidak mencolok dengan pintu pagar dan bangunan kecil di wilayah itu.
Ini adalah pintu masuk ke salah satu daripada empat pengesan Large Hadron Collider - CMS.
Di sini saya ingin berhenti sedikit untuk bercakap tentang bagaimana kami berjaya sampai ke sini pada mulanya dan terima kasih kepada siapa.
Dan itu semua "untuk dipersalahkan" untuk Andrey, lelaki kami yang bekerja di CERN, dan terima kasih kepada siapa lawatan kami bukanlah lawatan singkat yang membosankan, tetapi sangat menarik dan dipenuhi dengan sejumlah besar maklumat.
Andrey (dia berbaju-T hijau) tidak kisah tetamu dan sentiasa gembira untuk memudahkan lawatan ke Mekah fizik nuklear ini.
Anda tahu apa yang menarik? Ini ialah mod pemprosesan dalam Collider dan pada CERN secara amnya.
Ya, semuanya menggunakan kad magnet, tetapi... pekerja dengan pasnya mempunyai akses kepada 95% wilayah dan kemudahan.
Dan hanya mereka di mana tahap meningkat bahaya sinaran, akses khas diperlukan - ini berada di dalam collider itu sendiri.
Oleh itu, pekerja bergerak di sekitar wilayah tanpa sebarang masalah.
Buat seketika, berbilion dolar dan banyak peralatan yang paling luar biasa telah dilaburkan di sini.
Dan kemudian saya masih ingat beberapa objek terbengkalai di Crimea, di mana segala-galanya telah lama dipotong, tetapi, bagaimanapun, semuanya adalah rahsia besar, dalam keadaan apa pun anda tidak boleh difilemkan, dan objeknya adalah siapa yang tahu strateginya.
Cuma orang di sini berfikiran secukupnya dengan kepala mereka.

7. Inilah rupa wilayah CMS. Tidak menunjuk-nunjuk untuk anda hiasan luaran dan kereta super di tempat letak kereta. Tetapi mereka mampu. Cuma tidak perlu.

8. CERN, sebagai peneraju dunia Pusat sains dalam fizik, menggunakan beberapa arah berbeza dari segi PR. Salah satunya ialah apa yang dipanggil "Pokok".
Dalam rangka kerjanya, kami menjemput guru sekolah dalam fizik daripada negara berbeza dan bandar. Mereka ditunjukkan dan diberitahu di sini. Kemudian guru-guru kembali ke sekolah mereka dan memberitahu pelajar mereka tentang apa yang mereka lihat. Sebilangan pelajar, yang diilhamkan oleh cerita itu, mula belajar fizik dengan penuh minat, kemudian pergi ke universiti untuk mengambil jurusan fizik, dan pada masa hadapan, mungkin juga akhirnya bekerja di sini.
Tetapi semasa anak-anak masih bersekolah, mereka juga berpeluang melawat CERN dan, sudah tentu, turun ke Large Hadron Collider.
Beberapa kali sebulan "hari" istimewa diadakan di sini pintu terbuka"untuk kanak-kanak berbakat dari pelbagai negara yang meminati fizik.
Mereka dipilih oleh guru yang berada di pangkal pokok ini dan mengemukakan cadangan kepada pejabat CERN di Switzerland.
Secara kebetulan, pada hari kami datang untuk melihat Large Hadron Collider, salah satu kumpulan dari Ukraine ini datang ke sini - kanak-kanak, pelajar Akademi Sains Kecil, yang telah melepasi pertandingan yang sukar. Bersama-sama dengan mereka, kami turun ke kedalaman 100 meter, ke tengah-tengah Collider.

9. Kemuliaan dengan lencana kami.
Barangan wajib bagi ahli fizik yang bekerja di sini ialah topi keledar dengan lampu suluh dan but dengan plat logam pada jari kaki (untuk melindungi jari kaki apabila beban jatuh)

10. Kanak-kanak berbakat yang meminati fizik. Dalam beberapa minit tempat mereka akan menjadi kenyataan - mereka akan turun ke Large Hadron Collider

11. Pekerja bermain domino sambil berehat sebelum syif seterusnya di bawah tanah.

12. Pusat kawalan dan pengurusan CMS. Data utama daripada penderia utama yang mencirikan fungsi sistem mengalir di sini.
Apabila pelanggar beroperasi, sepasukan 8 orang bekerja di sini sepanjang masa.

13. Harus dikatakan bahawa Large Hadron kini ditutup selama dua tahun untuk menjalankan program pembaikan dan pemodenan collider.
Hakikatnya ialah 4 tahun yang lalu berlaku kemalangan di atasnya, selepas itu pelanggar tidak pernah bekerja pada kapasiti penuh (saya akan bercakap mengenai kemalangan itu dalam entri seterusnya).
Selepas pemodenan, yang akan siap pada 2014, ia sepatutnya beroperasi pada kuasa yang lebih besar.
Jika pelanggar itu berfungsi sekarang, kami pasti tidak dapat melawatnya

14. Pada istimewa lif teknikal kami turun ke kedalaman lebih 100 meter, di mana Collider berada.
Lif adalah satu-satunya cara untuk menyelamatkan kakitangan sekiranya berlaku kecemasan, kerana tiada tangga di sini. Iaitu, ini adalah tempat paling selamat dalam CMS.
Mengikut arahan, sekiranya berlaku penggera, semua kakitangan mesti segera pergi ke lif.
Tekanan yang berlebihan dicipta di sini supaya sekiranya asap asap tidak masuk ke dalam dan orang ramai tidak diracuni.

15. Boris bimbang tiada asap.

16. Pada kedalaman. Segala-galanya di sini dipenuhi dengan komunikasi.

17. Kilometer wayar dan kabel yang tidak berkesudahan untuk penghantaran data

18. Terdapat sejumlah besar paip di sini. Apa yang dipanggil cryogenics. Hakikatnya ialah helium digunakan di dalam magnet untuk penyejukan. Penyejukan sistem lain, serta hidraulik, juga perlu.

19. Dalam bilik pemprosesan data yang terletak di pengesan terdapat sejumlah besar pelayan.
Ia digabungkan menjadi pencetus prestasi yang luar biasa.
Sebagai contoh, pencetus pertama dalam 3 milisaat daripada 40,000,000 peristiwa harus memilih kira-kira 400 dan memindahkannya ke pencetus kedua - tahap tertinggi.

20. Kegilaan gentian optik.
Bilik komputer terletak di atas pengesan, kerana Terdapat medan magnet yang sangat kecil di sini, yang tidak mengganggu operasi elektronik.
Tidak mungkin untuk mengumpul data dalam pengesan itu sendiri.

21. Pencetus global. Ia terdiri daripada 200 komputer

22. Apakah jenis Apple yang ada? Dell!!!

23. Kabinet pelayan dikunci dengan selamat

24. Lukisan lucu di salah satu tempat kerja operator.

25. Pada penghujung tahun 2012, Higgs Boson telah ditemui hasil daripada percubaan di Large Hadron Collider, dan acara ini disambut secara meluas oleh pekerja CERN.
Botol champagne tidak dibuang selepas perayaan dengan sengaja, percaya bahawa ini hanyalah permulaan kepada perkara yang hebat

26. Mengenai pendekatan kepada pengesan itu sendiri terdapat tanda-tanda di mana-mana memberi amaran tentang bahaya sinaran

26. Semua pekerja Collider mempunyai dosimeter peribadi, yang mereka perlu bawa ke peranti bacaan dan merekodkan lokasi mereka.
Dosimeter mengumpul tahap sinaran dan, jika ia menghampiri dos had, memaklumkan pekerja, dan juga menghantar data dalam talian ke stesen kawalan, memberi amaran bahawa terdapat seseorang berhampiran pelanggar yang berada dalam bahaya

27. Betul-betul di hadapan pengesan adalah sistem capaian peringkat atasan.
Anda boleh log masuk dengan melampirkan kad peribadi, dosimeter dan menjalani imbasan retina

28. Apa yang saya lakukan

29. Dan inilah - pengesan. Sengatan kecil di dalam adalah sesuatu yang serupa dengan chuck gerudi, yang menempatkan magnet besar yang kini kelihatan sangat kecil. Pada masa ini tiada magnet, kerana... mengalami pemodenan

30. Dalam keadaan berfungsi, pengesan disambungkan dan kelihatan seperti unit tunggal

31. Berat pengesan ialah 15 ribu tan. Medan magnet yang luar biasa dicipta di sini.

32. Bandingkan saiz pengesan dengan orang dan peralatan yang berfungsi di bawah

33. Kabel daripada warna biru- kuasa, merah - data

34. Menariknya, semasa operasi, Big Hadron menggunakan 180 megawatt elektrik sejam.

35. Kerja semasa untuk penyelenggaraan sensor

36. Banyak sensor

37. Dan kuasa kepada mereka... gentian optik datang kembali

38. Rupa seorang yang sangat bijak.

39. Satu setengah jam di bawah tanah terbang seperti lima minit... Setelah bangkit kembali ke bumi fana, anda secara tidak sengaja berfikir... BAGAIMANA ini boleh dilakukan.
DAN MENGAPA mereka melakukan ini….

Dalam soalan ini (dan yang lain seperti itu), penampilan kata-kata "sebenarnya" ingin tahu - seolah-olah ada intipati yang tersembunyi dari yang belum tahu, dilindungi oleh "imam sains" daripada orang biasa, rahsia yang perlu didedahkan. Walau bagaimanapun, apabila dilihat dari dalam sains, misteri itu hilang dan tidak ada tempat untuk kata-kata ini - soalan "mengapa kita memerlukan pelanggar hadron" pada asasnya tidak berbeza daripada soalan "mengapa kita memerlukan pembaris (atau skala , atau jam tangan, dsb.). Hakikat bahawa pelanggar adalah perkara yang besar, mahal dan kompleks mengikut mana-mana piawaian tidak mengubah perkara.

Analogi terdekat untuk memahami "mengapa ini diperlukan" adalah, pada pendapat saya, kanta. Umat ​​manusia sudah biasa dengan sifat-sifat kanta sejak dahulu lagi, tetapi hanya pada pertengahan milenium yang lalu barulah ia menyedari bahawa kombinasi kanta tertentu boleh digunakan sebagai instrumen yang membolehkan kita memeriksa objek yang sangat kecil atau sangat jauh - kita, sudah tentu, bercakap tentang mikroskop dan teleskop. Tidak dinafikan bahawa persoalan mengapa semua ini diperlukan berulang kali ditanya apabila reka bentuk baru untuk kontemporari ini muncul. Walau bagaimanapun, ia telah dialih keluar daripada agenda dengan sendirinya, kerana bidang aplikasi saintifik dan gunaan kedua-dua peranti berkembang. Perhatikan bahawa, secara amnya, ini pelbagai peranti– Anda tidak akan dapat melihat bintang dengan mikroskop terbalik. Large Hadron Collider, secara paradoks, menggabungkannya dengan sendirinya, dan boleh dianggap sebagai titik tertinggi dalam evolusi kedua-dua mikroskop dan teleskop yang dicapai oleh manusia sejak berabad-abad yang lalu. Pernyataan ini mungkin kelihatan pelik, dan, sudah tentu, ia tidak boleh dianggap secara literal - tiada kanta (sekurang-kurangnya optik) dalam pemecut. Tetapi pada dasarnya ini betul-betul berlaku. Dalam bentuk "mikroskopik", collider membolehkan anda mengkaji struktur dan sifat objek pada tahap 10-19 meter (biar saya ingatkan anda bahawa saiz atom hidrogen adalah lebih kurang 10-10 meter). Keadaan ini lebih menarik di bahagian "teleskop". Setiap teleskop adalah mesin masa sebenar, kerana gambar yang diperhatikan di dalamnya sepadan dengan objek pemerhatian pada masa lalu, iaitu masa lalu bahawa sinaran elektromagnet perlu sampai kepada pemerhati dari objek ini. Masa ini boleh menjadi lebih daripada lapan minit apabila memerhati Matahari dari Bumi dan sehingga berbilion tahun apabila memerhati quasar jauh. Di dalam Large Hadron Collider, keadaan dicipta yang wujud di Alam Semesta sebahagian kecil daripada saat selepas Big Bang. Oleh itu, kita mendapat peluang untuk melihat kembali hampir 14 bilion tahun, ke permulaan dunia kita. Teleskop terestrial dan orbital konvensional (sekurang-kurangnya yang merakam radiasi elektromagnetik), memperoleh "penglihatan" hanya selepas era penggabungan semula, apabila Alam Semesta menjadi telus optik - ini berlaku, menurut idea moden, 380 ribu tahun selepas Big Bang.

Seterusnya kita perlu memutuskan apa yang perlu dilakukan dengan pengetahuan ini: kedua-duanya mengenai struktur jirim pada skala kecil dan tentang sifat-sifatnya semasa kelahiran Alam Semesta, dan inilah yang akhirnya akan mengembalikan misteri yang dibincangkan pada mulanya dan menentukan mengapa pelanggar itu. diperlukan diperlukan "benar-benar". Tetapi ini adalah keputusan manusia, dan perlanggaran dengan bantuan yang diperolehi pengetahuan ini akan kekal sebagai peranti - mungkin sistem "kanta" paling canggih yang pernah dilihat oleh dunia.

Sejarah penciptaan pemecut, yang kita kenali hari ini sebagai Large Hadron Collider, bermula pada tahun 2007. Pada mulanya, kronologi pemecut bermula dengan siklotron. Peranti itu ialah peranti kecil yang mudah dimuatkan di atas meja. Kemudian sejarah pemecut mula berkembang pesat. Synchrophasotron dan synchrotron muncul.

Dalam sejarah, mungkin tempoh yang paling menarik ialah tempoh dari 1956 hingga 1957. Pada masa itu, sains Soviet, khususnya fizik, tidak ketinggalan di belakang saudara asingnya. Menggunakan pengalaman bertahun-tahun, seorang ahli fizik Soviet bernama Vladimir Veksler membuat satu kejayaan dalam sains. Dia mencipta synchrophasotron paling berkuasa pada masa itu. Kuasa operasinya ialah 10 gigaelectronvolts (10 billion electronvolts). Selepas penemuan ini, sampel pemecut yang serius telah dicipta: pelanggar elektron-positron besar, pemecut Switzerland, di Jerman, Amerika Syarikat. Mereka semua mempunyai satu matlamat yang sama - kajian tentang zarah asas quark.

Large Hadron Collider dicipta terutamanya berkat usaha seorang ahli fizik Itali. Namanya Carlo Rubbia, pemenang hadiah Nobel. Semasa kerjayanya, Rubbia bekerja sebagai pengarah di Pertubuhan Penyelidikan Nuklear Eropah. Ia telah memutuskan untuk membina dan melancarkan pelanggar hadron di tapak pusat penyelidikan.

Di manakah pelanggar hadron?

Pelanggar itu terletak di sempadan antara Switzerland dan Perancis. Lilitannya ialah 27 kilometer, itulah sebabnya ia dipanggil besar. Cincin pemecut masuk dalam dari 50 hingga 175 meter. Pelanggar mempunyai 1232 magnet. Mereka adalah superkonduktor, yang bermaksud ia boleh digunakan untuk membuat medan maksimum untuk pecutan, kerana hampir tiada penggunaan tenaga dalam magnet sedemikian. Jumlah berat setiap magnet ialah 3.5 tan dengan panjang 14.3 meter.

Seperti mana-mana objek fizikal, Large Hadron Collider menjana haba. Oleh itu, ia mesti sentiasa disejukkan. Untuk mencapai matlamat ini, suhu dikekalkan pada 1.7 K menggunakan 12 juta liter nitrogen cecair. Di samping itu, 700 ribu liter digunakan untuk penyejukan, dan yang paling penting, tekanan digunakan sepuluh kali lebih rendah daripada tekanan atmosfera biasa.

Suhu 1.7 K pada skala Celsius ialah -271 darjah. Suhu ini hampir hampir dengan apa yang dipanggil had minimum yang mungkin dimiliki oleh badan fizikal.

Bahagian dalam terowong juga tidak kurang menariknya. Terdapat kabel niobium-titanium dengan keupayaan superkonduktor. Panjangnya ialah 7600 kilometer. Jumlah berat kabel ialah 1200 tan. Bahagian dalam kabel adalah jalinan 6,300 wayar dengan jarak keseluruhan 1.5 bilion kilometer. Panjang ini bersamaan dengan 10 unit astronomi. Sebagai contoh, bersamaan dengan 10 unit tersebut.

Jika kita bercakap tentang lokasi geografinya, kita boleh mengatakan bahawa cincin pelanggar terletak di antara bandar Saint-Genis dan Forney-Voltaire, yang terletak di sebelah Perancis, serta Meyrin dan Wessurat - dari pihak Switzerland. Sebuah cincin kecil yang dipanggil PS berjalan di sepanjang garis pusat sempadan.

Makna kewujudan

Untuk menjawab soalan "untuk apa pelanggar hadron," anda perlu beralih kepada saintis. Ramai saintis mengatakan bahawa ini adalah ciptaan terhebat dalam keseluruhan sejarah sains, dan tanpanya, sains seperti yang kita ketahui hari ini tidak bermakna. Kewujudan dan pelancaran Large Hadron Collider menarik kerana apabila zarah berlanggar dalam hadron collider, letupan berlaku. Semua zarah terkecil berselerak ke arah yang berbeza. Zarah baru terbentuk yang boleh menerangkan kewujudan dan makna banyak perkara.

Perkara pertama yang cuba ditemui saintis dalam zarah yang terhempas ini ialah zarah asas yang diramalkan secara teori oleh ahli fizik Peter Higgs, yang dipanggil Partikel yang menakjubkan ini adalah pembawa maklumat, dipercayai. Ia juga biasa dipanggil "zarah Tuhan." Penemuannya akan membawa saintis lebih dekat untuk memahami alam semesta. Perlu diingatkan bahawa pada tahun 2012, pada 4 Julai, pelanggar hadron (pelancarannya sebahagiannya berjaya) membantu menemui zarah yang serupa. Hari ini, saintis cuba mengkajinya dengan lebih terperinci.

Berapa lama...

Sudah tentu, persoalan segera timbul: mengapa saintis telah mengkaji zarah-zarah ini sekian lama? Jika anda mempunyai peranti, anda boleh menjalankannya dan mengambil lebih banyak data setiap kali. Hakikatnya ialah mengendalikan pelanggar hadron adalah cadangan yang mahal. Satu pelancaran memerlukan banyak wang. Sebagai contoh, penggunaan tahunan tenaga bersamaan dengan 800 juta kW/j. Jumlah tenaga ini digunakan oleh bandar dengan populasi kira-kira 100 ribu orang, mengikut piawaian purata. Dan itu tidak termasuk kos penyelenggaraan. Sebab lain ialah pada pelanggar hadron, letupan yang berlaku apabila proton berlanggar dikaitkan dengan menerima sejumlah besar data: komputer membaca begitu banyak maklumat yang memerlukan banyak masa untuk diproses. Walaupun kuasa komputer yang menerima maklumat adalah hebat walaupun mengikut piawaian hari ini.

Alasan seterusnya tidak kurang terkenal Para saintis yang bekerja dengan collider ke arah ini yakin bahawa spektrum yang boleh dilihat dari seluruh alam semesta hanya 4%. Diandaikan bahawa yang selebihnya adalah jirim gelap dan tenaga gelap. Mereka cuba membuktikan secara eksperimen bahawa teori ini betul.

Hadron Collider: menyokong atau menentang

Teori jirim gelap yang dikemukakan telah menimbulkan keraguan tentang keselamatan pelanggar hadron. Timbul persoalan: "Hadron collider: for or against?" Dia bimbang ramai saintis. Semua minda besar dunia dibahagikan kepada dua kategori. "Lawan" mengemukakan teori yang menarik bahawa jika perkara itu wujud, maka ia mesti mempunyai zarah yang bertentangan dengannya. Dan apabila zarah berlanggar dalam pemecut, bahagian gelap muncul. Terdapat risiko bahagian gelap dan bahagian yang kita lihat akan bertembung. Kemudian ini boleh menyebabkan kematian seluruh alam semesta. Walau bagaimanapun, selepas pelancaran pertama Hadron Collider, teori ini sebahagiannya hancur.

Seterusnya yang penting ialah letupan alam semesta, atau lebih tepatnya, kelahiran. Adalah dipercayai bahawa semasa perlanggaran adalah mungkin untuk memerhatikan bagaimana alam semesta berkelakuan pada saat pertama kewujudannya. Cara ia kelihatan selepas Big Bang bermula. Adalah dipercayai bahawa proses perlanggaran zarah sangat serupa dengan yang berlaku pada awal alam semesta.

Satu lagi idea yang sama hebat yang diuji oleh saintis ialah model eksotik. Nampaknya luar biasa, tetapi ada teori yang menunjukkan bahawa terdapat dimensi dan alam semesta lain dengan orang yang serupa dengan kita. Dan anehnya, pemecut boleh membantu di sini juga.

Ringkasnya, tujuan pemecut adalah untuk memahami apa itu alam semesta, bagaimana ia dicipta, dan untuk membuktikan atau menyangkal semua teori sedia ada tentang zarah dan fenomena yang berkaitan. Sudah tentu, ini akan mengambil masa bertahun-tahun, tetapi dengan setiap pelancaran penemuan baru muncul yang merevolusikan dunia sains.

Fakta tentang pemecut

Semua orang tahu bahawa pemecut mempercepatkan zarah kepada 99% daripada kelajuan cahaya, tetapi tidak ramai yang tahu bahawa peratusan adalah 99.9999991% daripada kelajuan cahaya. Angka yang menakjubkan ini masuk akal berkat reka bentuk yang sempurna dan magnet pecutan yang berkuasa. Terdapat juga beberapa fakta yang kurang diketahui untuk diperhatikan.

Kira-kira 100 juta aliran data yang datang daripada setiap dua pengesan utama boleh mengisi lebih daripada 100,000 CD-ROM dalam masa beberapa saat. Hanya dalam satu bulan, bilangan cakera akan mencapai ketinggian yang jika ia disusun, ia akan mencukupi untuk mencapai Bulan. Oleh itu, diputuskan untuk mengumpul bukan semua data yang datang daripada pengesan, tetapi hanya yang akan dibenarkan untuk digunakan oleh sistem pengumpulan data, yang sebenarnya bertindak sebagai penapis untuk data yang diterima. Ia telah memutuskan untuk merekodkan hanya 100 kejadian yang berlaku pada saat letupan. Peristiwa ini akan direkodkan dalam arkib pusat komputer Large Hadron Collider, yang terletak di Makmal Fizik Zarah Eropah, yang juga merupakan lokasi pemecut. Apa yang akan direkodkan bukanlah peristiwa yang dirakam, tetapi yang paling menarik minat komuniti saintifik.

Pasca pemprosesan

Setelah direkodkan, ratusan kilobait data akan diproses. Untuk tujuan ini, lebih daripada dua ribu komputer yang terletak di CERN digunakan. Tugas komputer ini adalah untuk memproses data primer dan membentuk pangkalan data daripadanya yang akan memudahkan untuk analisis selanjutnya. Seterusnya, aliran data yang dihasilkan akan dihantar ke rangkaian komputer GRID. Rangkaian Internet ini menyatukan beribu-ribu komputer yang terletak di institut yang berbeza di seluruh dunia dan menghubungkan lebih daripada seratus pusat besar yang terletak di tiga benua. Semua pusat tersebut disambungkan ke CERN menggunakan gentian optik untuk kelajuan pemindahan data maksimum.

Bercakap tentang fakta, kita juga mesti menyebut penunjuk fizikal struktur. Terowong pemecut berada pada sisihan 1.4% daripada satah mendatar. Ini dilakukan terutamanya untuk meletakkan sebahagian besar terowong pemecut dalam batu monolitik. Oleh itu, kedalaman peletakan pada sisi bertentangan adalah berbeza. Jika dikira dari tepi tasik yang terletak berhampiran Geneva, maka kedalamannya ialah 50 meter. Bahagian bertentangan mempunyai kedalaman 175 meter.

Perkara yang menarik ialah fasa bulan menjejaskan pemecut. Nampaknya bagaimana objek yang jauh itu boleh mempengaruhi pada jarak sedemikian. Walau bagaimanapun, telah diperhatikan bahawa semasa bulan purnama, apabila air pasang, tanah di kawasan Geneva meningkat sebanyak 25 sentimeter. Ini menjejaskan panjang pelanggar. Panjang dengan itu meningkat sebanyak 1 milimeter, dan tenaga rasuk juga berubah sebanyak 0.02%. Oleh kerana tenaga pancaran mesti dikawal hingga 0.002%, penyelidik mesti mengambil kira fenomena ini.

Ia juga menarik bahawa terowong collider mempunyai bentuk oktagon, dan bukan bulatan, seperti yang dibayangkan ramai. Sudut dicipta oleh bahagian pendek. Ia mengandungi pengesan yang dipasang, serta sistem yang mengawal pancaran zarah yang mempercepatkan.

Struktur

Hadron Collider, yang pelancarannya melibatkan banyak bahagian dan banyak keterujaan di kalangan saintis, adalah peranti yang menakjubkan. Keseluruhan pemecut terdiri daripada dua cincin. Cincin kecil itu dipanggil Proton Synchrotron atau, untuk menggunakan singkatannya, PS. Cincin Besar ialah Super Proton Synchrotron, atau SPS. Bersama-sama, kedua-dua cincin membolehkan bahagian itu memecut hingga 99.9% daripada kelajuan cahaya. Pada masa yang sama, pelanggar juga meningkatkan tenaga proton, meningkatkan jumlah tenaga mereka sebanyak 16 kali ganda. Ia juga membenarkan zarah berlanggar antara satu sama lain kira-kira 30 juta kali/s. dalam masa 10 jam. Daripada 4 pengesan utama, sekurang-kurangnya 100 terabait data digital sesaat diperolehi. Mendapatkan data ditentukan oleh faktor individu. Sebagai contoh, mereka boleh mengesan zarah asas yang mempunyai negatif cas elektrik, dan juga mempunyai separuh putaran. Oleh kerana zarah-zarah ini tidak stabil, pengesanan langsungnya adalah mustahil untuk mengesan tenaganya, yang akan dipancarkan pada sudut tertentu ke paksi rasuk. Peringkat ini dipanggil tahap pelancaran pertama. Peringkat ini dipantau oleh lebih daripada 100 papan pemprosesan data khas, yang mempunyai logik pelaksanaan terbina dalam. Bahagian kerja ini dicirikan oleh fakta bahawa dalam tempoh pemerolehan data, lebih daripada 100 ribu blok data dipilih sesaat. Data ini kemudiannya akan digunakan untuk analisis, yang berlaku menggunakan mekanisme tahap yang lebih tinggi.

Sistem di peringkat seterusnya, sebaliknya, menerima maklumat daripada semua benang pengesan. Perisian Pengesan berfungsi pada rangkaian. Di sana ia akan menggunakan sejumlah besar komputer untuk memproses blok data berikutnya, purata masa antara blok ialah 10 mikrosaat. Program perlu mencipta tanda zarah yang sepadan dengan titik asal. Hasilnya akan menjadi set data yang dijana yang terdiri daripada impuls, tenaga, trajektori dan lain-lain yang timbul semasa satu acara.

Bahagian pemecut

Keseluruhan pemecut boleh dibahagikan kepada 5 bahagian utama:

1) Pemecut pelanggar elektron-positron. Bahagian ini terdiri daripada kira-kira 7 ribu magnet dengan sifat superkonduktor. Dengan bantuan mereka, rasuk diarahkan melalui terowong bulat. Mereka juga menumpukan rasuk ke dalam satu aliran, lebarnya dikurangkan kepada lebar satu rambut.

2) Solenoid muon padat. Ini adalah pengesan yang direka untuk tujuan am. Pengesan sedemikian digunakan untuk mencari fenomena baharu dan, sebagai contoh, untuk mencari zarah Higgs.

3) Pengesan LHCb. Kepentingan peranti ini adalah untuk mencari quark dan zarah bertentangannya - antiquark.

4) Pemasangan toroid ATLAS. Pengesan ini direka untuk mengesan muon.

5) Alice. Pengesan ini menangkap perlanggaran ion plumbum dan perlanggaran proton-proton.

Masalah semasa melancarkan Hadron Collider

Walaupun hakikatnya kehadiran Teknologi tinggi menghapuskan kemungkinan kesilapan dalam amalan, semuanya berbeza. Semasa pemasangan pemecut, kelewatan dan kegagalan berlaku. Harus dikatakan bahawa keadaan ini tidak dijangka. Peranti ini mengandungi begitu banyak nuansa dan memerlukan ketepatan sedemikian rupa sehingga para saintis menjangkakan hasil yang serupa. Sebagai contoh, salah satu masalah yang dihadapi saintis semasa pelancaran adalah kegagalan magnet yang memfokuskan rasuk proton sejurus sebelum perlanggaran mereka. Kemalangan serius ini disebabkan oleh kemusnahan sebahagian pengikat akibat kehilangan superkonduktiviti oleh magnet.

Masalah ini berlaku pada tahun 2007. Kerana ini, pelancaran collider telah ditangguhkan beberapa kali, dan hanya pada bulan Jun pelancaran berlaku hampir setahun kemudian, collider itu dilancarkan.

Pelancaran terbaharu collider telah berjaya, mengumpul banyak terabait data.

Hadron Collider, yang dilancarkan pada 5 April 2015, beroperasi dengan jayanya. Dalam tempoh sebulan, rasuk akan dipandu mengelilingi gelanggang, secara beransur-ansur meningkatkan kuasanya. Tiada tujuan untuk kajian sedemikian. Tenaga perlanggaran rasuk akan meningkat. Nilai akan dinaikkan daripada 7 TeV kepada 13 TeV. Peningkatan sedemikian akan membolehkan kita melihat kemungkinan baru dalam perlanggaran zarah.

Pada tahun 2013 dan 2014 pemeriksaan teknikal yang serius terhadap terowong, pemecut, pengesan dan peralatan lain berlaku. Hasilnya ialah 18 magnet bipolar dengan fungsi superkonduktor. Perlu diingatkan bahawa jumlah mereka ialah 1232 keping. Walau bagaimanapun, magnet yang tinggal tidak disedari. Selebihnya, sistem perlindungan penyejukan telah diganti dan yang lebih baik dipasang. Sistem penyejukan magnet juga telah ditambah baik. Ini membolehkan mereka kekal pada suhu rendah dengan kuasa maksimum.

Sekiranya semuanya berjalan lancar, pelancaran pemecut seterusnya akan berlaku hanya dalam tempoh tiga tahun. Selepas tempoh ini, kerja-kerja penambahbaikan yang dirancang dirancang, pemeriksaan teknikal pelanggar.

Perlu diingatkan bahawa pembaikan menelan kos satu sen, tidak mengambil kira kosnya. Hadron Collider, pada 2010, mempunyai tanda harga 7.5 bilion euro. Angka ini meletakkan keseluruhan projek di tempat pertama dalam senarai projek paling mahal dalam sejarah sains.

Pemecut zarah berlanggar paling berkuasa di dunia

Pemecut zarah bercas pancaran paling berkuasa di dunia, dibina oleh Pusat Penyelidikan Nuklear Eropah (CERN) dalam terowong bawah tanah sepanjang 27 kilometer pada kedalaman 50-175 meter di sempadan Switzerland dan Perancis. LHC telah dilancarkan pada musim luruh tahun 2008, tetapi disebabkan oleh kemalangan, percubaan ke atasnya hanya bermula pada November 2009, dan ia mencapai kapasiti reka bentuknya pada Mac 2010. Pelancaran pelanggar itu menarik perhatian bukan sahaja ahli fizik, tetapi juga orang biasa, kerana kebimbangan telah dinyatakan dalam media bahawa eksperimen di pelanggar boleh membawa kepada akhir dunia. Pada Julai 2012, LHC mengumumkan penemuan zarah yang berkemungkinan besar sebagai boson Higgs - kewujudannya mengesahkan ketepatan Model Standard struktur jirim.

Latar belakang

Pemecut zarah mula digunakan dalam sains pada akhir 20-an abad ke-20 untuk mengkaji sifat jirim. Pemecut cincin pertama, siklotron, dicipta pada tahun 1931 oleh ahli fizik Amerika Ernest Lawrence. Pada tahun 1932, orang Inggeris John Cockcroft dan orang Ireland Ernest Walton, menggunakan pengganda voltan dan pemecut proton pertama di dunia, berjaya buat kali pertama untuk membelah nukleus atom secara buatan: helium diperoleh dengan mengebom litium dengan proton. Pemecut zarah beroperasi dengan menggunakan medan elektrik yang digunakan untuk memecut (dalam banyak kes kepada kelajuan menghampiri kelajuan cahaya) dan mengekalkan zarah bercas (seperti elektron, proton atau ion yang lebih berat) pada trajektori tertentu. Contoh pemecut harian yang paling mudah ialah televisyen dengan tiub sinar katod, , , , .

Pemecut digunakan untuk pelbagai eksperimen, termasuk penghasilan unsur super berat. Untuk mengkaji zarah asas, pelanggar (dari perlanggaran - "perlanggaran") juga digunakan - pemecut zarah bercas pada rasuk berlanggar, direka untuk mengkaji produk perlanggaran mereka. Para saintis memberikan tenaga kinetik yang tinggi kepada rasuk. Perlanggaran boleh menghasilkan zarah baru yang tidak diketahui sebelum ini. Pengesan khas direka untuk mengesan penampilan mereka. Pada awal 1990-an, pelanggar paling kuat beroperasi di Amerika Syarikat dan Switzerland. Pada tahun 1987, pelanggar Tevatron telah dilancarkan di Amerika Syarikat berhampiran Chicago dengan tenaga pancaran maksimum 980 gigaelectronvolts (GeV). Ia adalah cincin bawah tanah sepanjang 6.3 kilometer. Pada tahun 1989, Large Electron-Positron Collider (LEP) telah ditugaskan di Switzerland di bawah naungan Pusat Penyelidikan Nuklear Eropah (CERN). Untuk itu, pada kedalaman 50-175 meter di lembah Tasik Geneva, terowong bulat sepanjang 26.7 kilometer dibina pada tahun 2000, adalah mungkin untuk mencapai tenaga rasuk 209 GeV, , , .

Di USSR pada tahun 1980-an, projek Accelerator-Storage Complex (UNC) telah dicipta - pelanggar proton-proton superkonduktor di Institut Fizik tenaga yang tinggi(IHEP) dalam Protvino. Ia akan lebih unggul dalam kebanyakan aspek berbanding LEP dan Tevatron dan sepatutnya mampu mempercepatkan rasuk zarah asas dengan tenaga sebanyak 3 teraelektronvolt (TeV). Lingkaran utamanya, sepanjang 21 kilometer, dibina di bawah tanah pada tahun 1994, bagaimanapun, kerana kekurangan dana, projek itu dibekukan pada tahun 1998, terowong yang dibina di Protvino telah direndam (hanya elemen kompleks pecutan telah siap), dan ketua jurutera projek itu, Gennady Durov, pergi bekerja di Amerika Syarikat , , , , , , . Menurut beberapa saintis Rusia, jika UNK telah disiapkan dan beroperasi, tidak akan ada keperluan untuk mencipta pelanggar yang lebih kuat: adalah dicadangkan bahawa untuk mendapatkan data baharu mengenai asas fizikal tatanan dunia, ia adalah cukup untuk mengatasi ambang tenaga 1 TeV pada pemecut, . Timbalan Pengarah Institut Penyelidikan Fizik Nuklear Universiti Negeri Moscow dan penyelaras penyertaan institusi Rusia dalam projek untuk mencipta Large Hadron Collider, Viktor Savrin, mengingatkan UNK, menyatakan: "Nah, tiga teraelectronvolts atau tujuh Dan kemudian tiga teraelectronvolts boleh dibawa ke lima kemudian." Walau bagaimanapun, Amerika Syarikat juga telah meninggalkan pembinaan Superconducting Super Collider (SSC) sendiri pada tahun 1993, dan atas sebab kewangan.

Daripada membina pelanggar mereka sendiri, ahli fizik dari negara yang berbeza memutuskan untuk bersatu dalam rangka projek antarabangsa, idea untuk mencipta yang bermula pada tahun 1980-an. Selepas berakhirnya eksperimen di LEP Switzerland, peralatannya telah dibongkar, dan sebagai gantinya pembinaan Large Hadron Collider (LHC, Large Hadron Collider, LHC) bermula - pemecut cincin zarah bercas yang paling berkuasa di dunia pada rasuk berlanggar , yang mana pancaran proton dengan tenaga berlanggar sehingga 14 TeV dan ion plumbum dengan tenaga perlanggaran sehingga 1150 TeV, , , , , .

Matlamat percubaan

Matlamat utama membina LHC adalah untuk menjelaskan atau menafikan Model Standard, binaan teori dalam fizik yang menerangkan zarah asas dan tiga daripada empat interaksi asas: kuat, lemah dan elektromagnet, tidak termasuk daya graviti. Pembentukan Model Standard telah disiapkan pada tahun 1960-an dan 1970-an, dan semua penemuan yang dibuat sejak itu, menurut saintis, telah diterangkan oleh lanjutan semula jadi teori ini. Pada masa yang sama, Model Standard menerangkan bagaimana zarah asas berinteraksi, tetapi tidak menjawab persoalan mengapa betul-betul begini dan bukan sebaliknya.

Para saintis menyatakan bahawa jika LHC gagal mencapai penemuan boson Higgs (dalam akhbar ia kadang-kadang dipanggil "zarah Tuhan", , ) ia akan mempersoalkan keseluruhan Model Standard, yang memerlukan semakan idea sedia ada tentang zarah asas, , , , . Pada masa yang sama, jika Model Standard disahkan, beberapa bidang fizik memerlukan pengesahan eksperimen lanjut: khususnya, adalah perlu untuk membuktikan kewujudan "graviton" - zarah hipotesis yang bertanggungjawab untuk graviti, , .

Ciri-ciri teknikal

LHC terletak di dalam terowong yang dibina untuk LEP. Kebanyakannya terletak di bawah wilayah Perancis. Terowong itu mengandungi dua paip, yang berjalan selari sepanjang hampir keseluruhan panjangnya dan bersilang di lokasi pengesan di mana perlanggaran hadron - zarah yang terdiri daripada kuark - akan berlaku (ion plumbum dan proton akan digunakan untuk perlanggaran). Proton mula memecut bukan dalam LHC itu sendiri, tetapi dalam pemecut tambahan. Rasuk Proton "bermula" dalam pemecut linear LINAC2, kemudian dalam pemecut PS, selepas itu ia memasuki gelang 6.9 kilometer panjang super proton synchrotron (SPS) dan selepas itu berakhir di salah satu tiub LHC, di mana untuk lagi 20 minit mereka tenaga sehingga 7 TeV akan disampaikan. Eksperimen dengan ion plumbum akan bermula pada pemecut linear LINAC3. Rasuk itu ditahan di laluannya oleh 1,600 magnet pengalir super, kebanyakannya mempunyai berat sehingga 27 tan. Magnet ini disejukkan oleh helium cecair kepada suhu ultra rendah: 1.9 darjah di atas sifar mutlak, lebih sejuk luar angkasa , , , , , , , .

Pada 99.9999991 peratus daripada kelajuan cahaya, membuat lebih daripada 11 ribu bulatan sesaat di sekeliling cincin pelanggar, proton akan berlanggar dalam salah satu daripada empat pengesan - yang paling sistem yang kompleks BAK , , , , , . Pengesan ATLAS direka untuk mencari zarah baru yang tidak diketahui yang boleh memberikan petunjuk kepada saintis dalam pencarian mereka untuk "fizik baharu" selain daripada Model Standard. Pengesan CMS direka untuk mendapatkan boson Higgs dan mengkaji jirim gelap. Pengesan ALICE direka untuk mengkaji jirim selepas Big Bang dan mencari plasma quark-gluon, dan pengesan LHCb akan menyiasat sebab kelaziman jirim berbanding antijirim dan meneroka fizik b-quark. Pada masa hadapan, tiga lagi pengesan dirancang untuk digunakan: TOTEM, LHCf dan MoEDAL.

Untuk memproses hasil percubaan di LHC, GRID rangkaian komputer teragih khusus akan digunakan, yang mampu menghantar sehingga 10 gigabit maklumat sesaat kepada 11 pusat pengkomputeran di seluruh dunia. Setiap tahun, lebih daripada 15 petabait (15 ribu terabait) maklumat akan dibaca daripada pengesan: jumlah aliran data empat eksperimen boleh mencapai 700 megabait sesaat, , , , . Pada September 2008, penggodam berjaya menggodam laman web CERN dan, menurut mereka, mendapat akses kepada kawalan pelanggar. Bagaimanapun, pekerja CERN menjelaskan bahawa sistem kawalan LHC diasingkan daripada Internet. Pada Oktober 2009, Adlen Ishor, yang merupakan salah seorang saintis yang menjalankan eksperimen LHCb di LHC, telah ditangkap kerana disyaki bekerjasama dengan pengganas. Bagaimanapun, seperti yang dilaporkan oleh pengurusan CERN, Ishor tidak mempunyai akses ke premis bawah tanah pelanggar itu dan tidak melakukan apa-apa yang boleh menarik minat pengganas. Pada Mei 2012, Ishor dijatuhi hukuman penjara lima tahun.

Kos dan sejarah pembinaan

Pada tahun 1995, kos membina LHC dianggarkan sebanyak 2.6 bilion franc Swiss, tidak termasuk kos menjalankan eksperimen. Telah dirancang bahawa eksperimen akan bermula dalam 10 tahun - pada tahun 2005. Pada tahun 2001, belanjawan CERN telah dipotong dan 480 juta franc telah ditambah kepada kos pembinaan (jumlah kos projek pada masa itu adalah kira-kira 3 bilion franc), dan ini menyebabkan pelancaran collider ditangguhkan sehingga 2007. Pada tahun 2005, seorang jurutera meninggal dunia semasa pembinaan LHC: tragedi itu disebabkan oleh beban yang jatuh dari kren.

Pelancaran LHC ditangguhkan bukan sahaja kerana masalah pembiayaan. Pada tahun 2007, didapati bahawa pembekalan bahagian magnet superkonduktor Fermilab tidak memenuhi keperluan reka bentuk, menyebabkan pelancaran collider ditangguhkan selama setahun.

Pada 10 September 2008, pancaran pertama proton telah dilancarkan di LHC. Telah dirancang bahawa dalam beberapa bulan perlanggaran pertama akan dilakukan di pelanggar, tetapi pada 19 September, disebabkan oleh sambungan yang rosak dua magnet superkonduktor di LHC, kemalangan berlaku: magnet telah dinyahdayakan, lebih daripada 6 tan. cecair helium tertumpah ke dalam terowong, dan vakum dalam paip pemecut telah pecah . Pelanggar itu terpaksa ditutup untuk pembaikan. Di sebalik kemalangan itu, pada 21 September 2008, satu majlis telah diadakan untuk meletakkan LHC beroperasi. Pada mulanya, percubaan akan disambung semula pada Disember 2008, tetapi kemudian tarikh mula semula telah ditangguhkan ke September, dan kemudian ke pertengahan November 2009, manakala perlanggaran pertama dirancang hanya berlaku pada 2010. Ujian pertama pelancaran ion plumbum dan rasuk proton di sepanjang bahagian cincin LHC selepas kemalangan itu dilakukan pada 23 Oktober 2009. Pada 23 November, perlanggaran rasuk pertama dibuat dalam pengesan ATLAS, dan pada 31 Mac 2010, pelanggar beroperasi pada kuasa penuh: pada hari itu, perlanggaran rasuk proton direkodkan pada tenaga rekod 7 TeV. Pada April 2012, tenaga yang lebih tinggi daripada perlanggaran proton telah direkodkan - 8 TeV.

Pada tahun 2009, kos LHC dianggarkan antara 3.2 dan 6.4 bilion euro, menjadikannya eksperimen saintifik paling mahal dalam sejarah manusia.

Kerjasama antarabangsa

Telah diperhatikan bahawa projek berskala LHC tidak boleh dibuat oleh satu negara sahaja. Ia dicipta melalui usaha bukan sahaja 20 negara anggota CERN: lebih daripada 10 ribu saintis dari lebih seratus negara mengambil bahagian dalam pembangunannya glob. Sejak 2009, projek BAC telah diterajui oleh Ketua Pegawai Eksekutif CERN Rolf-Dieter Heuer. Rusia juga mengambil bahagian dalam penciptaan LHC sebagai ahli pemerhati CERN: pada tahun 2008, kira-kira 700 saintis Rusia bekerja di Large Hadron Collider, termasuk pekerja IHEP.

Sementara itu, saintis dari salah sebuah negara Eropah hampir kehilangan peluang untuk mengambil bahagian dalam eksperimen di LHC. Pada Mei 2009, Menteri Sains Austria Johannes Hahn mengumumkan penarikan diri negara daripada CERN pada 2010, menjelaskan bahawa keahlian dalam CERN dan penyertaan dalam program LHC adalah terlalu mahal dan tidak membawa pulangan ketara kepada sains dan universiti di Austria. Perbincangan itu adalah mengenai kemungkinan penjimatan tahunan kira-kira 20 juta euro, mewakili 2.2 peratus daripada bajet CERN dan kira-kira 70 peratus daripada dana yang diperuntukkan oleh kerajaan Austria untuk penyertaan dalam organisasi penyelidikan antarabangsa. Austria berjanji untuk membuat keputusan muktamad mengenai penarikan diri pada musim gugur 2009. Walau bagaimanapun, selepas itu Canselor Austria Werner Faymann berkata bahawa negaranya tidak akan meninggalkan projek dan CERN.

Khabar angin bahaya

Khabar angin tersebar dalam akhbar bahawa LHC mendatangkan bahaya kepada manusia, kerana pelancarannya boleh membawa kepada penghujung dunia. Sebabnya adalah kenyataan saintis bahawa akibat perlanggaran dalam lubang hitam mikroskopik pelanggar boleh terbentuk: pendapat serta-merta muncul bahawa seluruh Bumi boleh "disedut" ke dalamnya, dan oleh itu LHC adalah "kotak Pandora" sebenar , , , , . Terdapat juga pendapat bahawa penemuan boson Higgs akan membawa kepada pertumbuhan jisim yang tidak terkawal di Alam Semesta, dan eksperimen untuk mencari "bahan gelap" boleh membawa kepada kemunculan "strangelets" (terjemahan istilah ke dalam bahasa Rusia milik ahli astronomi. Sergei Popov) - "perkara aneh" ", yang, apabila bersentuhan dengan perkara biasa, boleh mengubahnya menjadi "jalur". Perbandingan dibuat dengan novel Cat's Cradle karya Kurt Vonnegut, di mana bahan fiksyen Ice-Nine memusnahkan kehidupan di planet ini. Beberapa penerbitan, memetik pendapat saintis individu, juga menyatakan bahawa eksperimen di LHC boleh membawa kepada kemunculan "lubang cacing" dalam masa, di mana zarah atau bahkan makhluk hidup boleh dipindahkan ke dunia kita dari masa depan. Walau bagaimanapun, ternyata kata-kata saintis telah diputarbelitkan dan ditafsirkan secara salah oleh wartawan: pada mulanya mereka bercakap tentang "mesin masa mikroskopik, dengan bantuan yang hanya zarah asas individu boleh pergi ke masa lalu."

Para saintis telah berulang kali menyatakan bahawa kemungkinan kejadian seperti itu boleh diabaikan. Kumpulan Penilaian Keselamatan LHC khas juga telah dipasang, yang menjalankan analisis dan mengeluarkan laporan tentang kemungkinan bencana yang boleh ditimbulkan oleh eksperimen di LHC. Seperti yang dilaporkan saintis, perlanggaran proton di LHC tidak akan lebih berbahaya daripada perlanggaran sinar kosmik dengan pakaian angkasa angkasawan: mereka kadangkala mempunyai tenaga yang lebih besar daripada apa yang boleh dicapai dalam LHC. Bagi lubang hitam hipotesis, ia akan "larut" tanpa sampai ke dinding pelanggar , , , , , .

Bagaimanapun, khabar angin tentang kemungkinan berlakunya bencana masih membuatkan orang ramai tertekan. Pencipta pelanggar itu malah disaman: saman yang paling terkenal adalah milik peguam dan doktor Amerika Walter Wagner dan profesor kimia Jerman Otto Rossler. Mereka menuduh CERN membahayakan manusia dengan eksperimennya dan melanggar "hak untuk hidup" yang dijamin oleh Konvensyen Hak Asasi Manusia, tetapi tuntutan itu ditolak , , , , . Akhbar melaporkan bahawa disebabkan khabar angin tentang akhir dunia yang semakin hampir, seorang gadis berusia 16 tahun membunuh diri selepas pelancaran LHC di India.

Dalam blogosphere Rusia, meme "ia akan menjadi lebih seperti pelanggar" muncul, yang boleh diterjemahkan sebagai "ia akan menjadi lebih seperti akhir dunia, adalah mustahil untuk melihat aib ini lagi." Jenaka "Ahli fizik mempunyai tradisi berkumpul dan melancarkan pelanggar sekali setiap 14 bilion tahun" adalah popular.

Hasil saintifik

Data pertama daripada eksperimen di LHC diterbitkan pada Disember 2009. Pada 13 Disember 2011, pakar CERN mengumumkan bahawa hasil penyelidikan di LHC, mereka dapat mengecilkan sempadan kemungkinan jisim boson Higgs kepada 115.5-127 GeV dan menemui tanda-tanda kewujudan zarah yang dikehendaki dengan jisim kira-kira 126 GeV. Pada bulan yang sama, penemuan zarah baharu, yang bukan boson Higgs dan dinamakan χb (3P), diumumkan buat kali pertama semasa eksperimen di LHC.

Pada 4 Julai 2012, pengurusan CERN secara rasmi mengumumkan penemuan itu dengan kebarangkalian 99.99995 peratus zarah baharu di kawasan jisim kira-kira 126 GeV, yang, menurut saintis, kemungkinan besar adalah boson Higgs. Pemimpin salah satu daripada dua kerjasama saintifik yang bekerja di LHC, Joe Incandela, memanggil hasil ini "salah satu pemerhatian terbesar dalam bidang sains ini dalam tempoh 30-40 tahun yang lalu," dan Peter Higgs sendiri mengisytiharkan penemuan zarah itu. "penghujung era dalam fizik."

Projek masa hadapan

Pada 2013, CERN merancang untuk menaik taraf LHC dengan memasang pengesan yang lebih berkuasa dan meningkatkan kuasa keseluruhan pelanggar. Projek pemodenan itu dipanggil Super Large Hadron Collider (SLHC). Terdapat juga rancangan untuk membina International Linear Collider (ILC). Tiubnya akan mempunyai panjang beberapa puluh kilometer, dan ia sepatutnya lebih murah daripada LHC kerana reka bentuknya tidak memerlukan penggunaan magnet superkonduktor yang mahal. ILC mungkin akan dibina di Dubna, ,.

Selain itu, beberapa pakar dan saintis CERN dari Amerika Syarikat dan Jepun mencadangkan, selepas LHC siap, untuk memulakan kerja pada Very Large Hadron Collider (VLHC) baharu.

Bahan terpakai

Chris Wickham, Robert Evans. "Ia adalah boson:"Pencarian Higgs menghasilkan zarah baharu. - Reuters, 05.07.2012

Lucy Christie, Marie Noelle Blessig. Fizikal: decouverte de la "particule de Dieu"? - Agence France-Presse, 04.07.2012

Dennis Overbye. Ahli Fizik Menemui Zarah Sukar Dilihat Sebagai Kunci kepada Alam Semesta. - The New York Times, 04.07.2012

Adlene Hicheur mengutuk penjara, jangan tinggalkan sursis. - L"Express, 04.05.2012

Pelanggar zarah meningkatkan usaha untuk meneroka alam semesta. - Agence France-Presse, 06.04.2012

Jonathan Amos. LHC melaporkan penemuan zarah baharunya yang pertama. - Berita BBC, 22.12.2011

Leonid Popov. Zarah baru pertama ditangkap di LHC. - selaput, 22.12.2011

Stephen Shankland. Ahli fizik CERN menemui petunjuk boson Higgs. - CNET, 13.12.2011

Paul Rincon. LHC: Higgs boson "mungkin telah dilihat sekilas". - Berita BBC, 13.12.2011

Ya, kami berjaya! - Buletin CERN, 31.03.2010

Richard Webb. Ahli fizik berlumba untuk menerbitkan keputusan pertama daripada LHC. - Saintis Baru, 21.12.2009

Siaran Akhbar. Dua rasuk beredar membawa perlanggaran pertama dalam LHC. - CERN (cern.ch), 23.11.2009

Zarah kembali ke dalam LHC! - CERN (cern.ch), 26.10.2009

Ion plumbum pertama dalam LHC. - Ujian Suntikan LHC (lhc-injection-test.web.cern.ch), 26.10.2009

Charles Bremner, Adam Sage. Ahli fizik Hadron Collider Adlene Hicheur didakwa atas keganasan. - The Times, 13.10.2009

Dennis Overbye. Saintis Penyiasat Perancis dalam Siasatan Keganasan Formal. - The New York Times, 13.10.2009

Apa yang tinggal dari Superconducting Super Collider? Fizik Hari Ini, 06.10.2009

LHC akan berjalan pada 3.5 TeV untuk bahagian awal 2009-2010 berjalan meningkat kemudian. - CERN (cern.ch), 06.08.2009

Jawatankuasa Eksperimen LHC. - CERN (cern.ch), 30.06.2009