Bu gizemli cihaz hakkında birçok söylenti var, birçoğu onun Dünya'yı yok edeceğini, yapay bir kara delik yaratacağını ve insanlığın varlığına son vereceğini iddia ediyor. Gerçekte bu cihaz insanlığı tamamen yeni seviye Bilim adamlarının yürüttüğü araştırmalar sayesinde. Bu başlıkta Büyük Hadron Çarpıştırıcısının (LHC) ne olduğuna dair size bir izlenim vermek için gerekli tüm bilgileri toplamaya çalıştım.

Yani bu konu Hadron Çarpıştırıcısı hakkında bilmeniz gereken her şeyi içeriyor. 30 Mart 2010'da CERN'de (Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü) tarihi bir olay meydana geldi - birkaç başarısız deneme ve birçok yükseltmenin ardından, atomları yok etmek için dünyanın en büyük makinesinin oluşturulması tamamlandı. Proton çarpışmalarını nispeten düşük hızlarda başlatan ön testler 2009 yılında herhangi bir önemli sorun olmadan gerçekleştirildi. 2010 baharında gerçekleştirilecek olağanüstü bir deney için ortam hazırlanıyordu. LHC'nin ana deney modeli, çarpışan iki proton ışınının çarpışmasına dayanıyordu. maksimum hız. Bu güçlü çarpışma protonları yok ederek olağanüstü enerjiler ve yeni temel parçacıklar yaratıyor. Bu yeni atomik parçacıklar son derece kararsızdır ve yalnızca saniyenin çok küçük bir kısmı için var olabilirler. LHC'de bulunan analitik aparat bu olayları kaydedip detaylı bir şekilde analiz edebilmektedir. Bilim insanları bu şekilde kara deliklerin ortaya çıkışını simüle etmeye çalışıyor.

30 Mart 2010'da Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın 27 kilometrelik tüneline zıt yönlerde iki proton ışını ateşlendi. Çarpışmanın meydana geldiği ışık hızına kadar hızlandırıldılar. 7 TeV'lik (7 teraelektronvolt) rekor bir enerji kaydedildi. Bu enerjinin büyüklüğü rekor kırıyor ve çok büyük bir etkiye sahip. önemli değerler. Şimdi LHC'nin en önemli bileşenlerini tanıyalım - proton ışınlarının çarpıştığı saniyelerin kesirleri sırasında kesirlerde neler olduğunu kaydeden sensörler ve dedektörler. 30 Mart 2010'daki çarpışma sırasında merkezi bir rol oynayan üç sensör var; bunlar çarpıştırıcının en önemli parçalarından bazıları ve CERN'in karmaşık deneyleri sırasında önemli bir rol oynuyorlar. Diyagram, LHC'nin kilit projeleri olan dört ana deneyin (ALICE, ATLAS, CMS ve LHCb) yerini göstermektedir. Yerin 50 ila 150 metre derinliğinde, dev sensör-dedektörler için özel olarak devasa mağaralar kazıldı

ALICE (Büyük Deneysel İyon Çarpıştırıcısı'nın kısaltması) adlı bir projeyle başlayalım. Bu altı taneden biri deneysel tesisler LHC üzerine inşa edilmiştir. ALICE, ağır iyon çarpışmalarını incelemek üzere yapılandırılmıştır. Bu durumda oluşan nükleer maddenin sıcaklığı ve enerji yoğunluğu, gluon plazmasının oluşması için yeterlidir. Fotoğraf ALICE dedektörünü ve 18 modülünün tamamını göstermektedir


ALICE'deki Dahili Takip Sistemi (ITS), çarpma noktasını çevreleyen ve ortaya çıkan parçacıkların özelliklerini ve kesin konumlarını ölçen altı silindirik silikon sensör katmanından oluşur. Bu sayede ağır kuark içeren parçacıklar kolaylıkla tespit edilebilecek

LHC'nin ana deneylerinden biri de ATLAS'tır. Deney, protonlar arasındaki çarpışmaları incelemek için tasarlanmış özel bir dedektör üzerinde gerçekleştiriliyor. ATLAS 44 metre uzunluğunda, 25 metre çapında ve yaklaşık 7.000 ton ağırlığındadır. Tünelin merkezinde proton ışınları çarpışıyor ve bu da onu kendi türünde şimdiye kadar yapılmış en büyük ve en karmaşık sensör haline getiriyor. Sensör, proton çarpışması sırasında ve sonrasında meydana gelen her şeyi kaydeder. Projenin amacı evrenimizde daha önce kaydedilmemiş veya tespit edilmemiş parçacıkları tespit etmektir.

Açılış ve onay Higgs bozonu- Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın en yüksek önceliği, çünkü bu keşif, temel atom parçacıklarının ve standart maddenin ortaya çıkışına ilişkin Standart Model'i doğrulayacaktır. Çarpıştırıcı tam güçte çalıştığında Standart Modelin bütünlüğü bozulacaktır. Özelliklerini kısmen anladığımız temel parçacıklar yapısal bütünlüklerini koruyamayacaklardır. Standart Modelin üst enerji sınırı 1 TeV'dir ve bu sınırın üzerinde bir parçacık bozunur. 7 TeV'lik bir enerji ile kütleleri bilinenin on katı kadar olan parçacıklar oluşturulabilecektir. Doğru, çok değişken olacaklar, ancak ATLAS onları "kaybolmadan" bir saniyenin kesirleri kadar kısa bir sürede tespit edecek şekilde tasarlanmıştır.

Bu fotoğraf Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın tüm fotoğrafları arasında en iyisi olarak kabul edilir:

Kompakt müon solenoidi ( Kompakt Muon Solenoidi) LHC'deki iki büyük evrensel parçacık dedektöründen biridir. 38 ülkedeki 183 laboratuvar ve üniversiteden yaklaşık 3.600 bilim insanı, dedektörü üreten ve çalıştıran CMS'yi destekliyor. Solenoid, Fransa'nın İsviçre sınırına yakın Cessy kasabasında yeraltında bulunuyor. Diyagramda size daha detaylı olarak anlatacağımız CMS cihazı gösterilmektedir.

En iç katman- silikon bazlı izleyici. Takip cihazı dünyanın en büyük silikon sensörüdür. 76 milyon kanaldan oluşan 205 m2 (kabaca bir tenis kortu alanı) silikon sensöre sahiptir. İzleyici, elektromanyetik alandaki yüklü parçacıkların izlerini ölçmenizi sağlar

İkinci seviyede Elektromanyetik Kalorimetre bulunmaktadır. Bir sonraki seviyede bulunan Hadron Kalorimetresi, her durumda üretilen bireysel hadronların enerjisini ölçer.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısının (CMS) bir sonraki katmanı devasa bir mıknatıstır. Büyük Solenoid Mıknatıs 13 metre uzunluğunda ve 6 metre çapındadır. Niyobyum ve titanyumdan yapılmış soğutulmuş bobinlerden oluşur. Bu devasa solenoid mıknatıs, parçacık ömrünü en üst düzeye çıkarmak için tam güçle çalışır.

Katman 5 - Muon dedektörleri ve dönüş boyunduruğu. CMS araştırma için tasarlanmıştır çeşitli türler Enerjik LHC çarpışmalarında tespit edilebilecek fizik. Bu araştırmaların bir kısmı Standart Modelin parametrelerinin ölçümlerini doğrulamak veya iyileştirmek için yapılırken, bir kısmı da yeni fizik arayışı içindedir.

30 Mart 2010 deneyine ilişkin elimizde çok az bilgi var ancak kesin olarak bilinen bir gerçek var. CERN, çarpıştırıcının üçüncü fırlatma denemesinde, proton ışınlarının ışık hızında çarpışmadan önce 27 km'lik tünelin etrafında yarıştığı sırada benzeri görülmemiş bir enerji patlamasının kaydedildiğini söyledi. Kaydedilen rekor enerji seviyesi, mevcut konfigürasyonunda üretebileceği maksimum değerde (yaklaşık 7 TeV) kaydedildi. Evrenimizin varlığına yol açan, Büyük Patlama'nın ilk saniyelerinin özelliği olan bu enerji miktarıydı. Başlangıçta bu düzeyde bir enerji beklenmiyordu, ancak sonuç tüm beklentileri aştı

Diyagram ALICE'ın 7 TeV'lik rekor bir enerji salınımını nasıl kaydettiğini gösteriyor:

Bu deney 2010 yılı boyunca yüzlerce kez tekrarlanacak. Bu sürecin ne kadar karmaşık olduğunu anlamanız için çarpıştırıcıdaki parçacıkların hızlanmasına bir benzetme yapabiliriz. Karmaşıklık açısından bu, örneğin Newfoundland adasından iğneleri öylesine mükemmel bir doğrulukla fırlatmaya eşdeğerdir ki, bu iğneler Atlantik'te bir yerde çarpışarak tüm dünyayı çevreler. Ana amaç, evrenin yapısının Standart Modelinin temelini oluşturan temel bir parçacığın - Higgs Bozonunun keşfidir.

Tüm bu deneylerin başarılı sonuçlarıyla, 400 GeV'deki en ağır parçacıkların (Karanlık Madde olarak da bilinir) dünyası nihayet keşfedilip araştırılabilecek.

Sadece birkaç yıl önce, hadron çarpıştırıcılarının, Higgs Bozonunun ne olduğu ve dünya çapında binlerce bilim insanının neden İsviçre ve Fransa sınırındaki devasa bir fizik kampüsünde çalışarak milyarlarca doları toprağa gömdüğü hakkında hiçbir fikrim yoktu.
Sonra, gezegenin diğer birçok sakini gibi benim için de Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ifadesi, içinde ışık hızında çarpışan temel parçacıklar ve son zamanların en büyük keşiflerinden biri olan Higgs Bozonu hakkında bilgi tanıdık geldi.

Ve böylece, Haziran ortasında, bu kadar çok insanın nelerden bahsettiğini ve nelerle ilgili bu kadar çelişkili söylentinin olduğunu kendi gözlerimle görme fırsatım oldu.
Bu sadece kısa bir gezi değil, dünyanın en büyük nükleer fizik laboratuvarı Cern'de geçirilen tam bir gündü. Burada fizikçilerin kendileriyle iletişim kurabildik ve bu bilimsel kampüste pek çok ilginç şey görebildik ve kutsalların kutsalına - Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'na (ancak başlatıldığında ve içinde testler yapıldığında) inebildik. , dışarıdan herhangi bir erişim imkansızdır), çarpıştırıcı için dev mıknatısların üretimi için fabrikayı, bilim adamlarının çarpıştırıcıda elde edilen verileri analiz ettiği Atlas merkezini ziyaret edin, yapım aşamasında olan en yeni doğrusal çarpıştırıcıyı gizlice ziyaret edin ve hatta neredeyse Bir arayışta olduğu gibi, temel bir parçacığın dikenli yolunda, başından sonuna kadar pratik olarak yürüyün. Ve bakın her şey nerede başlıyor...
Ancak tüm bunlar hakkında ayrı yazılarda. Bugün sadece Büyük Hadron Çarpıştırıcısı var.
Eğer buna basitçe denilebilirse, beynim böyle bir şeyin önce NASIL icat edilip sonra inşa edilebileceğini anlamayı reddediyor.

2. Yıllar önce bu resim dünyaca ünlü oldu. Birçoğu bunun Büyük Hadron kesiti olduğuna inanıyor. Aslında bu, en büyük dedektörlerden biri olan CMS'nin bir kesitidir. Çapı yaklaşık 15 metredir. Bu en büyük dedektör değil. Atlas'ın çapı yaklaşık 22 metredir.

3. Çarpıştırıcının ne olduğunu ve ne kadar büyük olduğunu kabaca anlamak için uydu haritasına bakalım.
Burası Cenevre'nin bir banliyösü, Cenevre Gölü'ne çok yakın. Biraz sonra ayrıca bahsedeceğim dev CERN kampüsünün bulunduğu yer burasıdır ve yeraltında çeşitli derinliklerde bulunan bir sürü çarpıştırıcı vardır. Evet, evet. O yalnız değil. On tane var. Büyük Hadron, mecazi anlamda bu yapıyı taçlandırıyor ve temel parçacıkların hızlandırıldığı çarpıştırıcılar zincirini tamamlıyor. Parçacıkla birlikte Büyük'ten (LHC) ilk doğrusal Linak'a doğru ilerleyerek bundan ayrıca bahsedeceğim.
LHC halkasının çapı neredeyse 27 kilometredir ve 100 metrenin biraz üzerinde bir derinlikte yer almaktadır (resimdeki en büyük halka).
LHC'nin dört dedektörü vardır: Alice, Atlas, LHCb ve CMS. CMS dedektörünün yanına gittik.

4. Bu dört dedektörün dışında, yer altı alanının geri kalanı, bunun gibi sürekli mavi bölümlerin bulunduğu bir tüneldir. Bunlar mıknatıslar. Temel parçacıkların ışık hızında hareket ettiği, çılgın bir manyetik alanın yaratıldığı dev mıknatıslar.
Toplamda 1734 tane var.

5. Mıknatısın içinde o kadar karmaşık bir yapı vardır ki. Burada her şeyden çok var ama en önemlisi, içinde proton ışınlarının uçtuğu iki içi boş tüp.
Dört yerde (aynı dedektörlerde) bu tüpler kesişir ve proton ışınları çarpışır. Çarpıştıkları yerlerde protonlar, dedektörler tarafından tespit edilen çeşitli parçacıklara dağılır.
Bu saçmalığın ne olduğundan ve nasıl çalıştığından kısaca bahsetmek istiyorum.

6. Yani 14 Haziran sabahı CERN. Bölgede kapısı ve küçük bir binası olan göze çarpmayan bir çite varıyoruz.
Bu, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın (CMS) dört dedektöründen birinin girişidir.
Burada biraz durup buraya nasıl ve kimin sayesinde geldiğimizden bahsetmek istiyorum.
Ve bunların hepsi CERN'de çalışan adamımız Andrey için "suçlu" ve onun sayesinde ziyaretimiz kısa ve sıkıcı bir gezi değil, inanılmaz derecede ilginç ve büyük miktarda bilgiyle dolu oldu.
Andrey (yeşil tişörtlü) misafirleri asla umursamaz ve nükleer fiziğin bu Mekke'sine bir ziyareti kolaylaştırmaktan her zaman mutluluk duyar.
İlginç olan ne biliyor musun? Bu, Çarpıştırıcıdaki ve genel olarak CERN'deki üretim modudur.
Evet, her şey manyetik kart kullanıyor ama... onun kartına sahip bir çalışan, bölgenin ve tesislerin %95'ine erişebilir.
Ve sadece orada olanlar artan seviye radyasyon tehlikesi, özel erişim gereklidir - bu, çarpıştırıcının içindedir.
Ve böylece çalışanlar bölgede herhangi bir sorun yaşamadan hareket ediyor.
Bir an için milyarlarca dolar ve en inanılmaz ekipmanların çoğu buraya yatırıldı.
Ve sonra Kırım'da her şeyin uzun süredir kesildiği bazı terk edilmiş nesneleri hatırlıyorum, ancak yine de her şey çok gizli, hiçbir koşulda filme alınamazsınız ve nesne kimin ne kadar stratejik olduğunu bilir.
Sadece buradaki insanlar kafalarıyla yeterince düşünüyorlar.

7. CMS bölgesi böyle görünüyor. Sana gösteriş yok dış dekorasyon ve otoparkta süper arabalar. Ama bunu karşılayabilirler. Hiç gerek yok.

8. CERN dünyanın önde gelen şirketi bilim merkezi fizikte PR açısından birkaç farklı yön kullanır. Bunlardan biri sözde “Ağaç”.
Bu çerçevede davet ediyoruz. okul öğretmenleri fizikte farklı ülkeler ve şehirler. Burada gösteriliyor ve anlatılıyor. Daha sonra öğretmenler okullarına dönerek öğrencilerine gördüklerini anlatırlar. Hikâyeden ilham alan bir kısım öğrenci büyük bir ilgiyle fizik okumaya başlıyor, daha sonra üniversitelerde fizik eğitimi alıyor ve belki de ileride burada çalışmaya başlıyor.
Ancak çocuklar hala okuldayken CERN'i ziyaret etme ve elbette Büyük Hadron Çarpıştırıcısına gitme fırsatına da sahipler.
Burada ayda birkaç kez özel “günler” düzenleniyor açık kapılar"Farklı ülkelerden fiziğe aşık üstün yetenekli çocuklar için.
Bu ağacın merkezinde yer alan ve İsviçre'deki CERN ofisine teklif sunan öğretmenler tarafından seçiliyorlar.
Tesadüfen, Büyük Hadron Çarpıştırıcısını görmeye geldiğimiz gün, Ukrayna'dan bu gruplardan biri buraya geldi - çocuklar, Küçük Bilimler Akademisi'nin zorlu bir yarışmayı geçmiş öğrencileri. Onlarla birlikte 100 metre derinliğe, Çarpıştırıcının tam kalbine indik.

9. Rozetlerimizle zafer kazanın.
Burada çalışan fizikçiler için zorunlu eşyalar, el feneri olan bir kask ve (yük düştüğünde ayak parmaklarını korumak için) burnu metal plakalı çizmelerdir.

10. Fiziğe tutkuyla bağlı üstün yetenekli çocuklar. Birkaç dakika içinde yerleri gerçekleşecek - Büyük Hadron Çarpıştırıcısına inecekler

11. İşçiler yeraltındaki bir sonraki vardiyadan önce dinlenirken domino oynuyorlar.

12. Kontrol ve yönetim merkezi CMS. Sistemin işleyişini karakterize eden ana sensörlerden gelen birincil veriler buraya akar.
Çarpıştırıcı çalışırken burada 8 kişilik bir ekip 24 saat çalışıyor.

13. Büyük Hadron'un, çarpıştırıcının onarımı ve modernizasyonu programını yürütmek için şu anda iki yıl süreyle kapatıldığı söylenmelidir.
Gerçek şu ki, 4 yıl önce üzerinde bir kaza oldu ve sonrasında çarpıştırıcı asla tam kapasite çalışmadı (kazadan bir sonraki yazıda bahsedeceğim).
2014 yılında tamamlanacak modernizasyondan sonra daha da güçlü bir şekilde faaliyet göstermesi bekleniyor.
Eğer çarpıştırıcı şu anda çalışıyor olsaydı kesinlikle onu ziyaret edemezdik.

14. Özel bir tarihte teknik asansörÇarpıştırıcının bulunduğu 100 metreden fazla derinliğe iniyoruz.
Asansör, herhangi bir durumda personeli kurtarmanın tek yoludur. acil durum, Çünkü burada merdiven yok. Yani CMS'deki en güvenli yer burasıdır.
Talimatlara göre alarm durumunda tüm personelin derhal asansöre gitmesi gerekmektedir.
Duman çıkması durumunda dumanın içeriye girmemesi ve insanların zehirlenmemesi için burada aşırı basınç oluşturulur.

15. Boris duman olmamasından endişe ediyor.

16. Derinlikte. Burada her şey iletişimle dolu.

17. Veri iletimi için sonsuz kilometrelerce tel ve kablo

18. Burada çok sayıda boru var. Kriyojenik denir. Gerçek şu ki, mıknatısların içinde soğutma için helyum kullanılıyor. Hidroliğin yanı sıra diğer sistemlerin soğutulması da gereklidir.

19. Dedektörde bulunan veri işleme odalarında çok sayıda sunucu bulunmaktadır.
Bunlar, sözde inanılmaz performans tetikleyicileri halinde birleştirilir.
Örneğin, ilk tetikleyicinin 3 milisaniyede 40.000.000 olaydan yaklaşık 400'ünü seçmesi ve bunları ikinci tetikleyiciye (en yüksek seviye) aktarması gerekir.

20. Fiber optik çılgınlığı.
Bilgisayar odaları dedektörün üzerinde yer alır çünkü Burada elektroniğin çalışmasına müdahale etmeyen çok küçük bir manyetik alan var.
Dedektörün kendisinde veri toplamak mümkün olmayacaktır.

21. Küresel tetikleyici. 200 bilgisayardan oluşuyor

22. Ne tür bir Elma var? Dell!!!

23. Sunucu dolapları güvenli bir şekilde kilitlenmiştir

24. Operatörlerden birinin çalışma yerini gösteren komik bir çizim.

25. 2012 yılı sonunda Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda yapılan deney sonucunda Higgs Bozonu keşfedildi ve bu olay CERN çalışanları tarafından geniş çapta kutlandı.
Bunun sadece harika şeylerin başlangıcı olduğuna inanılan şampanya şişeleri kutlamadan sonra bilerek atılmadı.

26. Dedektöre yaklaşırken her yerde radyasyon tehlikeleri hakkında uyarı veren işaretler vardır.

26. Tüm Collider çalışanlarının, okuma cihazına getirmeleri ve konumlarını kaydetmeleri gereken kişisel dozimetreleri vardır.
Dozimetre radyasyon seviyesini toplayarak limit doza yaklaşırsa çalışanı bilgilendirir ve ayrıca verileri çevrimiçi olarak kontrol istasyonuna ileterek çarpıştırıcının yakınında tehlikede olan bir kişi olduğuna dair uyarı verir.

27. Dedektörün hemen önünde üst seviye erişim sistemi bulunmaktadır.
Kişisel kart, dozimetre takarak ve retina taraması yaptırarak giriş yapabilirsiniz.

28. Ne yapıyorum

29. Ve işte burada - dedektör. İçerideki küçük uç, artık çok küçük görünen devasa mıknatısları barındıran matkap mandrenine benzer bir şeydir. Şu anda mıknatıs yok çünkü... modernizasyondan geçiyor

30. Çalışma durumunda dedektör bağlıdır ve tek bir ünite gibi görünür

31. Dedektörün ağırlığı 15 bin tondur. Burada inanılmaz bir manyetik alan yaratılıyor.

32. Dedektörün boyutunu aşağıda çalışan kişi ve ekipmanlarla karşılaştırın.

33. Kablolar mavi- güç, kırmızı - veri

34. İlginç bir şekilde Big Hadron, çalışması sırasında saatte 180 megawatt elektrik tüketiyor.

35. Mevcut çalışma sensör bakımı için

36. Çok sayıda sensör

37. Ve onlara güç... fiber optik geri geliyor

38. İnanılmaz derecede akıllı bir insanın görünüşü.

39. Yerin altında bir buçuk saat, beş dakika gibi uçup gidiyor... Ölümlü dünyaya geri döndüğünüzde, istemsizce düşünürsünüz... Bu NASIL yapılabilir.
VE NEDEN bunu yapıyorlar….

Bu soruda (ve buna benzeyen diğerlerinde), "aslında" kelimelerinin ortaya çıkışı merak uyandırıcıdır - sanki inisiye olmayanlardan gizlenmiş, "bilimin rahipleri" tarafından sıradan insanlardan korunan, çözülmesi gereken bir sır varmış gibi. açığa çıkması. Bununla birlikte, bilimin içinden bakıldığında gizem ortadan kalkar ve bu sözlere yer kalmaz - "neden bir hadron çarpıştırıcısına ihtiyacımız var" sorusu, "neden bir cetvele (veya teraziye) ihtiyacımız var" sorusundan temelde farklı değildir. veya saatler vb.) Çarpıştırıcının büyük, pahalı ve karmaşık bir şey olması, hiçbir standarda göre meseleyi değiştirmez.

“Buna neden ihtiyaç duyulduğunu” anlamak için en yakın benzetme bence mercektir. İnsanlık çok eski zamanlardan beri merceklerin özelliklerine aşinaydı, ancak ancak son binyılın ortasında belirli mercek kombinasyonlarının çok küçük veya çok uzaktaki nesneleri incelememize olanak tanıyan araçlar olarak kullanılabileceğini fark etti. elbette mikroskop ve teleskoptan bahsediyoruz. Çağdaşlara yönelik bu yeni tasarımlar ortaya çıktığında tüm bunlara neden ihtiyaç duyulduğu sorusunun defalarca sorulduğuna şüphe yok. Ancak her iki cihazın bilimsel ve uygulamalı uygulama alanları genişledikçe kendiliğinden gündemden çıkarıldı. Genel olarak konuşursak, bunun çeşitli cihazlar– Ters mikroskopla yıldızlara bakamayacaksınız. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, çelişkili bir şekilde bunları kendi içinde birleştirir ve haklı olarak hem mikroskopların hem de teleskopların evriminde insanlığın son yüzyıllarda ulaştığı en yüksek nokta olarak kabul edilebilir. Bu ifade tuhaf görünebilir ve elbette kelimenin tam anlamıyla alınmamalıdır - hızlandırıcıda lens (en azından optik olanlar) yoktur. Ancak özünde durum tam olarak budur. Çarpıştırıcı, "mikroskobik" haliyle, 10-19 metre seviyedeki nesnelerin yapısını ve özelliklerini incelemenize olanak tanır (bir hidrojen atomunun boyutunun yaklaşık 10-10 metre olduğunu hatırlatmama izin verin). “Teleskop” kısmında ise durum daha da ilginç. Her teleskop bir gerçek zaman makinesidir, çünkü içinde gözlemlenen resim, gözlemlenen nesnenin geçmişte nasıl olduğuna, yani elektromanyetik radyasyonun bu nesneden gözlemciye ulaşması gereken zaman öncesine karşılık gelir. Bu süre, Güneş'i Dünya'dan gözlemlerken sekiz dakikanın biraz üzerinde, uzak kuasarları gözlemlerken ise milyarlarca yıla kadar çıkabilir. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın içinde, Evren'de Büyük Patlama'dan saniyenin çok küçük bir kısmı kadar sonra var olan koşullar yaratılıyor. Böylece neredeyse 14 milyar yıl geriye, dünyamızın başlangıcına bakma fırsatı buluyoruz. Geleneksel karasal ve yörüngesel teleskoplar (en azından kayıt yapanlar) elektromanyetik radyasyon), ancak rekombinasyon döneminden sonra, Evren optik olarak şeffaf hale geldiğinde "görüş" kazanır - bu, modern fikirlere göre Büyük Patlama'dan 380 bin yıl sonra gerçekleşti.

Daha sonra bu bilgiyle ne yapacağımıza karar vermeliyiz: Hem küçük ölçekteki maddenin yapısı hem de onun Evrenin doğuşundaki özellikleri hakkında. Başlangıçta tartışılan gizemi eninde sonunda geri getirecek ve çarpıştırıcının nedenini belirleyecek olan şey budur. ihtiyaç duyulan “gerçekten” ihtiyaç duyulandı. Ancak bu bir insani karardır ve bu bilginin elde edildiği çarpıştırıcı sadece bir cihaz olarak kalacak - belki de dünyanın şimdiye kadar gördüğü en karmaşık "mercekler" sistemi.

Bugün Büyük Hadron Çarpıştırıcısı olarak bildiğimiz hızlandırıcının yaratılış tarihi 2007 yılına kadar uzanıyor. Başlangıçta hızlandırıcıların kronolojisi siklotronla başladı. Cihaz masaya kolayca sığabilecek küçük bir cihazdı. Daha sonra hızlandırıcıların tarihi hızla gelişmeye başladı. Senkrofazotron ve senkrotron ortaya çıktı.

Tarihin belki de en ilginç dönemi 1956'dan 1957'ye kadar olan dönemdir. O günlerde Sovyet bilimi, özellikle fizik, yabancı kardeşlerinin gerisinde kalmıyordu. Yılların deneyiminden yararlanan Vladimir Veksler adlı Sovyet fizikçi bilimde bir atılım gerçekleştirdi. O zamanın en güçlü senkrofazotronunu yarattı. Çalışma gücü 10 gigaelektronvolt (10 milyar elektronvolt) idi. Bu keşiften sonra hızlandırıcıların ciddi örnekleri oluşturuldu: Almanya ve ABD'deki büyük elektron-pozitron çarpıştırıcısı, İsviçre hızlandırıcısı. Hepsinin ortak bir hedefi vardı: Kuarkların temel parçacıklarının incelenmesi.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı öncelikle İtalyan fizikçinin çabaları sayesinde yaratıldı. Adı Carlo Rubbia, ödüllü Nobel Ödülü. Rubbia, kariyeri boyunca Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü'nde direktör olarak çalıştı. Araştırma merkezinin sahasında bir hadron çarpıştırıcısı inşa edilip fırlatılmasına karar verildi.

Hadron çarpıştırıcısı nerede?

Çarpıştırıcı İsviçre ile Fransa arasındaki sınırda bulunuyor. Çevresi 27 kilometre olduğundan büyük olarak anılır. Hızlandırıcı halkası 50 ila 175 metre derinliğe iniyor. Çarpıştırıcıda 1232 adet mıknatıs bulunmaktadır. Süper iletkendirler, yani bir şeyler yapmak için kullanılabilirler. maksimum alan hızlanma için, çünkü bu tür mıknatıslarda neredeyse hiç enerji tüketimi yoktur. Her bir mıknatısın toplam ağırlığı 3,5 ton olup uzunluğu 14,3 metredir.

Herhangi bir fiziksel nesne gibi Büyük Hadron Çarpıştırıcısı da ısı üretir. Bu nedenle sürekli soğutulması gerekir. Bunu başarmak için sıcaklık 12 milyon litre sıvı nitrojen kullanılarak 1,7 K'de tutulur. Ayrıca soğutma için 700 bin litre kullanılıyor ve en önemlisi normal atmosfer basıncından on kat daha düşük bir basınç kullanılıyor.

Santigrat ölçeğinde 1,7 K sıcaklık -271 derecedir. Bu sıcaklık, fiziksel bir bedenin sahip olabileceği minimum olası sınır olarak adlandırılan sıcaklığa neredeyse yakındır.

Tünelin içi de daha az ilginç değil. Süper iletken özelliklere sahip niyobyum-titanyum kablolar var. Uzunlukları 7600 kilometredir. Kabloların toplam ağırlığı 1200 tondur. Kablonun iç kısmı toplam 1,5 milyar kilometre mesafeye sahip 6.300 telden oluşan bir örgüden oluşuyor. Bu uzunluk 10 astronomik birime eşittir. Örneğin, bu tür 10 birime eşittir.

Coğrafi konumundan bahsedecek olursak, çarpıştırıcının halkalarının Saint-Genis ve Forney-Voltaire şehirleri arasında yer aldığını söyleyebiliriz. Fransız tarafıİsviçre tarafından Meyrin ve Wessurat'ın yanı sıra. Sınırın çapı boyunca PS adı verilen küçük bir halka uzanıyor.

varoluşun anlamı

"Hadron çarpıştırıcısı ne işe yarar" sorusunu cevaplamak için bilim adamlarına başvurmanız gerekiyor. Pek çok bilim insanı bunun tüm bilim tarihindeki en büyük buluş olduğunu ve o olmadan bugün bildiğimiz bilimin hiçbir anlamı olmadığını söylüyor. Büyük Hadron Çarpıştırıcısının varlığı ve fırlatılması ilginçtir çünkü hadron çarpıştırıcısında parçacıklar çarpıştığında bir patlama meydana gelir. En küçük parçacıkların tümü farklı yönlere dağılır. Pek çok şeyin varlığını ve anlamını açıklayabilecek yeni parçacıklar oluşuyor.

Bilim adamlarının bu çarpışan parçacıklarda bulmaya çalıştığı ilk şey, fizikçi Peter Higgs tarafından teorik olarak tahmin edilen temel parçacıktı. Bu şaşırtıcı parçacığın bir bilgi taşıyıcısı olduğuna inanılıyor. Aynı zamanda genellikle “Tanrının parçacığı” olarak da adlandırılır. Keşfi, bilim adamlarını evreni anlamaya daha da yaklaştıracak. 2012'de 4 Temmuz'da hadron çarpıştırıcısının (fırlatılması kısmen başarılı oldu) benzer bir parçacığın keşfedilmesine yardımcı olduğunu belirtmekte fayda var. Bugün bilim adamları bunu daha ayrıntılı olarak incelemeye çalışıyorlar.

Ne kadardır...

Elbette hemen şu soru ortaya çıkıyor: Bilim adamları neden bu parçacıkları bu kadar uzun süredir inceliyorlar? Bir cihazınız varsa onu çalıştırabilir ve her seferinde daha fazla veri alabilirsiniz. Gerçek şu ki, hadron çarpıştırıcısını çalıştırmak pahalı bir iş. Bir lansman çok paraya mal olur. Örneğin, yıllık tüketim enerji 800 milyon kW/saat'e eşittir. Bu miktardaki enerji, ortalama standartlarda yaklaşık 100 bin nüfuslu bir şehrin tükettiği enerjidir. Ve buna bakım maliyetleri dahil değildir. Diğer bir neden ise hadron çarpıştırıcısında protonların çarpışmasıyla meydana gelen patlamanın büyük miktarda veri alınmasıyla ilişkili olmasıdır: Bilgisayarlar o kadar çok bilgi okur ki işlenmesi çok zaman alır. Gerçi bilgi alan bilgisayarların gücü günümüz standartlarına göre bile büyüktür.

Bir sonraki neden ise daha az bilinen bir şey değil. Bu yönde çarpıştırıcıyla çalışan bilim adamları, tüm evrenin görünür spektrumunun yalnızca %4 olduğundan eminler. Geriye kalanların ise karanlık madde ve karanlık enerji olduğu varsayılmaktadır. Bu teorinin doğruluğunu deneysel olarak kanıtlamaya çalışıyorlar.

Hadron Çarpıştırıcısı: lehine veya aleyhine

İleri sürülen karanlık madde teorisi, hadron çarpıştırıcısının güvenliği konusunda şüphe uyandırdı. Şu soru ortaya çıktı: "Hadron çarpıştırıcısı: lehine mi, aleyhine mi?" Birçok bilim adamını endişelendirdi. Dünyanın tüm büyük beyinleri iki kategoriye ayrılmıştır. "Karşıtlar", eğer böyle bir madde varsa, onun karşısında bir parçacığın olması gerektiğine dair ilginç bir teori ortaya attılar. Hızlandırıcıda parçacıklar çarpıştığında karanlık bir kısım ortaya çıkıyor. Karanlık kısım ile bizim gördüğümüz kısmın çarpışma riski vardı. O zaman bu, tüm evrenin ölümüne yol açabilir. Ancak hadron çarpıştırıcısının ilk fırlatılmasından sonra bu teori kısmen bozuldu.

Daha sonra evrenin patlaması, daha doğrusu doğuş gelir. Bir çarpışma sırasında evrenin varlığının ilk saniyelerinde nasıl davrandığını gözlemlemenin mümkün olduğuna inanılıyor. Büyük Patlama'nın ortaya çıkışından sonraki görünüşü. Parçacık çarpışma sürecinin evrenin başlangıcında meydana gelen sürece çok benzediğine inanılıyor.

Bilim adamlarının test ettiği bir diğer fantastik fikir de egzotik modeller. İnanılmaz gibi görünüyor ama bize benzer insanların olduğu başka boyutların ve evrenlerin de olduğunu öne süren bir teori var. İşin garibi, hızlandırıcı burada da yardımcı olabilir.

Basitçe söylemek gerekirse, hızlandırıcının amacı evrenin ne olduğunu, nasıl yaratıldığını anlamak ve parçacıklar ve ilgili olaylarla ilgili mevcut tüm teorileri kanıtlamak veya çürütmektir. Elbette bu yıllar alacak ama her lansmanla birlikte bilim dünyasında devrim yaratan yeni keşifler ortaya çıkıyor.

Hızlandırıcı hakkında gerçekler

Herkes bir hızlandırıcının parçacıkları ışık hızının %99'una kadar hızlandırdığını bilir, ancak pek çok kişi bu yüzdenin ışık hızının %99,9999991'i olduğunu bilmez. Bu muhteşem figür, mükemmel tasarımı ve güçlü hızlanma mıknatısları sayesinde anlamlıdır. Dikkat edilmesi gereken daha az bilinen bazı gerçekler de vardır.

İki ana dedektörün her birinden gelen yaklaşık 100 milyon veri akışı, saniyeler içinde 100.000'den fazla CD-ROM'u doldurabilir. Sadece bir ay içinde disklerin sayısı o kadar yüksek olacak ki, eğer üst üste dizilirlerse Ay'a ulaşmaya yetecekler. Bu nedenle dedektörlerden gelen tüm verilerin değil, aslında alınan veriler için bir filtre görevi gören veri toplama sistemi tarafından kullanılmasına izin verilecek verilerin toplanmasına karar verildi. Patlama anında meydana gelen sadece 100 olayın kaydedilmesine karar verildi. Bu olaylar, aynı zamanda hızlandırıcının da bulunduğu Avrupa Parçacık Fiziği Laboratuvarı'nda bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı sisteminin bilgisayar merkezinin arşivine kaydedilecek. Kaydedilecek olanlar, kaydedilen olaylar değil, bilim camiasının en çok ilgisini çeken olaylar olacaktır.

İşlem sonrası

Kaydedildikten sonra yüzlerce kilobayt veri işlenecektir. Bu amaçla CERN'de bulunan iki binden fazla bilgisayar kullanılıyor. Bu bilgisayarların görevi, birincil verileri işlemek ve ondan daha ileri analizler için uygun olacak bir veritabanı oluşturmaktır. Daha sonra oluşturulan veri akışı GRID bilgisayar ağına gönderilecektir. Bu İnternet ağı, dünya çapında farklı kurumlarda bulunan binlerce bilgisayarı birleştiriyor ve üç kıtada bulunan yüzden fazla büyük merkezi birbirine bağlıyor. Bu tür merkezlerin tümü, maksimum veri aktarım hızları için fiber optik kullanılarak CERN'e bağlanmaktadır.

Gerçeklerden bahsetmişken yapının fiziksel göstergelerinden de bahsetmek gerekir. Hızlandırıcı tüneli %1,4 sapmadadır. yatay düzlem. Bu öncelikle hızlandırıcı tünelinin çoğunu monolitik bir kayaya yerleştirmek için yapıldı. Bu nedenle karşı taraflardaki yerleştirme derinliği farklıdır. Cenevre yakınlarında bulunan gölün kenarından sayarsak derinlik 50 metre olacaktır. Karşı kısım ise 175 metre derinliğe sahiptir.

İlginç olan şu ki Ay evreleri hızlandırıcıyı etkiler. Bu kadar uzak bir nesnenin bu kadar uzaktan nasıl etkilenebileceği anlaşılıyor. Ancak dolunay sırasında gelgit oluştuğunda Cenevre bölgesindeki arazinin 25 santimetreye kadar yükseldiği gözlendi. Bu çarpıştırıcının uzunluğunu etkiler. Böylece uzunluk 1 milimetre artar ve ışın enerjisi de %0,02 oranında değişir. Işın enerjisinin %0,002'ye kadar kontrol edilmesi gerektiğinden araştırmacılar bu olguyu hesaba katmalıdır.

Çarpıştırıcı tünelinin birçok kişinin sandığı gibi daire değil sekizgen şeklinde olması da ilginç. Köşeler kısa kesitlerden oluşturulmuştur. Kurulu dedektörlerin yanı sıra hızlanan parçacık ışınını kontrol eden bir sistem içerirler.

Yapı

Fırlatılmasında birçok parçanın yer aldığı ve bilim insanları arasında büyük heyecan uyandıran Hadron Çarpıştırıcısı muhteşem bir cihaz. Hızlandırıcının tamamı iki halkadan oluşur. Küçük halkaya Proton Sinkrotron veya kısaltmalarını kullanmak gerekirse PS denir. Büyük Halka, Süper Proton Sinkrotron veya SPS'dir. İki halka birlikte parçaların ışık hızının %99,9'una kadar hızlanmasını sağlar. Çarpıştırıcı aynı zamanda protonların enerjisini de artırarak toplam enerjilerini 16 kat artırır. Ayrıca parçacıkların saniyede yaklaşık 30 milyon kez çarpışmasına da olanak tanır. 10 saat içinde. 4 ana dedektör saniyede en az 100 terabayt dijital veri üretir. Verilerin elde edilmesi bireysel faktörler tarafından belirlenir. Örneğin negatif değere sahip temel parçacıkları tespit edebilirler. elektrik yükü ve ayrıca yarım dönüşe sahiptir. Bu parçacıklar kararsız oldukları için doğrudan tespit edilmeleri imkansızdır; yalnızca ışın eksenine belirli bir açıda yayılacak olan enerjilerini tespit etmek mümkündür. Bu aşamaya ilk başlatma seviyesi denir. Bu aşama, yerleşik uygulama mantığına sahip 100'den fazla özel bilgi işlem kartı tarafından izlenmektedir. Çalışmanın bu kısmı, veri toplama döneminde saniyede 100 binden fazla veri bloğunun seçilmesiyle karakterize ediliyor. Bu veriler daha sonra daha yüksek düzeyde bir mekanizma kullanılarak gerçekleştirilen analiz için kullanılacaktır.

Bir sonraki seviyedeki sistemler ise tam tersine tüm dedektör ipliklerinden bilgi alır. Yazılım Dedektör ağ üzerinde çalışır. Orada, sonraki veri bloklarını işlemek için çok sayıda bilgisayar kullanılacak, bloklar arasındaki ortalama süre 10 mikrosaniyedir. Programların orijinal noktalara karşılık gelen parçacık işaretleri oluşturması gerekecektir. Sonuç, bir olay sırasında ortaya çıkan dürtü, enerji, yörünge ve diğerlerinden oluşan oluşturulmuş bir veri seti olacaktır.

Hızlandırıcı parçaları

Hızlandırıcının tamamı 5 ana bölüme ayrılabilir:

1) Elektron-pozitron çarpıştırıcı hızlandırıcısı. Parça, süperiletken özelliklere sahip yaklaşık 7 bin mıknatıstan oluşuyor. Onların yardımıyla ışın dairesel bir tünelden yönlendirilir. Ayrıca ışını, genişliği bir saç telinin genişliğine kadar azaltılmış tek bir akışta yoğunlaştırırlar.

2) Kompakt müon solenoidi. Bu, aşağıdakiler için tasarlanmış bir dedektördür: genel amaçlı. Böyle bir detektör yeni olayları araştırmak ve örneğin Higgs parçacıklarını aramak için kullanılır.

3) LHCb dedektörü. Bu cihazın önemi kuarkları ve onların karşıt parçacıklarını (antikuarkları) aramaktır.

4) Toroidal kurulum ATLAS. Bu dedektör müonları tespit etmek için tasarlanmıştır.

5) Alice. Bu dedektör kurşun iyon çarpışmalarını ve proton-proton çarpışmalarını yakalar.

Hadron Çarpıştırıcısını başlatırken karşılaşılan sorunlar

Varlığına rağmen yüksek teknoloji pratikte hata olasılığını ortadan kaldırır, her şey farklıdır; Hızlandırıcının montajı sırasında gecikmeler ve arızalar meydana geldi. Bu durumun beklenmedik bir durum olmadığını söylemek gerekir. Cihaz o kadar çok nüans içeriyor ve o kadar hassaslık gerektiriyor ki, bilim adamları benzer sonuçlar bekliyordu. Örneğin fırlatma sırasında bilim adamlarının karşılaştığı sorunlardan biri, proton ışınlarını çarpışmadan hemen önce odaklayan mıknatısın arızalanmasıydı. Bu ciddi kaza, mıknatısın süper iletkenlik kaybı nedeniyle bağlantı elemanının bir kısmının tahrip olması nedeniyle meydana geldi.

Bu sorun 2007'de ortaya çıktı. Bu nedenle çarpıştırıcının fırlatılması birkaç kez ertelendi ve fırlatma neredeyse bir yıl sonra ancak Haziran ayında gerçekleşti;

Çarpıştırıcının son fırlatılışı başarılı oldu ve terabaytlarca veri topladı.

5 Nisan 2015'te fırlatılan Hadron Çarpıştırıcısı başarıyla çalışıyor. Bir ay boyunca kirişler halkanın etrafında döndürülecek ve güçleri giderek artırılacak. Çalışmanın bu şekilde bir amacı yoktur. Işın çarpışma enerjisi artacaktır. Değer 7 TeV'den 13 TeV'ye çıkarılacak. Böyle bir artış parçacık çarpışmalarında yeni olasılıkları görmemizi sağlayacak.

2013 ve 2014'te tünellerin, hızlandırıcıların, dedektörlerin ve diğer ekipmanların ciddi teknik incelemeleri yapıldı. Sonuçta süperiletken işlevli 18 bipolar mıknatıs ortaya çıktı. Toplam sayısının 1232 adet olduğunu belirtmekte fayda var. Ancak kalan mıknatıslar gözden kaçmadı. Geri kalanlarda soğutma koruma sistemleri değiştirilerek iyileştirilmiş sistemler kuruldu. Manyetik soğutma sistemi de geliştirildi. Bu onların düşük sıcaklıklarda maksimum güçte kalmalarını sağlar.

Her şey yolunda giderse hızlandırıcının bir sonraki lansmanı yalnızca üç yıl içinde gerçekleşecek. Bu dönemden sonra planlı iyileştirme çalışmaları planlanır, teknik incelemeçarpıştırıcı.

Maliyet dikkate alınmadan onarımların oldukça pahalıya mal olduğu unutulmamalıdır. Hadron Çarpıştırıcısı'nın 2010 yılı itibarıyla fiyatı 7,5 milyar Euro'dur. Bu rakam, projenin tamamını bilim tarihinin en pahalı projeleri listesinde ilk sıraya yerleştiriyor.

Dünyanın en güçlü çarpışan parçacık hızlandırıcısı

Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) tarafından İsviçre ve Fransa sınırında 50-175 metre derinlikte 27 kilometre uzunluğunda bir yer altı tünelinde inşa edilen dünyanın en güçlü çarpışan ışın yüklü parçacık hızlandırıcısı. LHC 2008 sonbaharında fırlatıldı, ancak bir kaza nedeniyle deneyler ancak Kasım 2009'da başladı ve tasarım kapasitesine Mart 2010'da ulaştı. Çarpıştırıcının fırlatılması sadece fizikçilerin değil sıradan insanların da dikkatini çekti; medyada çarpıştırıcıdaki deneylerin dünyanın sonuna yol açabileceği yönündeki endişeler dile getirildi. Temmuz 2012'de LHC, Higgs bozonu olma ihtimali yüksek olan bir parçacığın keşfedildiğini duyurdu; bu parçacığın varlığı, maddenin yapısına ilişkin Standart Model'in doğruluğunu doğruladı.

Arka plan

Parçacık hızlandırıcıları bilimde ilk olarak 20. yüzyılın 20'li yıllarının sonlarında maddenin özelliklerini incelemek için kullanılmaya başlandı. İlk halka hızlandırıcı olan siklotron, 1931 yılında Amerikalı fizikçi Ernest Lawrence tarafından yaratıldı. 1932'de İngiliz John Cockcroft ve İrlandalı Ernest Walton, bir voltaj çarpanı ve dünyanın ilk proton hızlandırıcısını kullanarak ilk kez bir atomun çekirdeğini yapay olarak bölmeyi başardılar: helyum, lityumun protonlarla bombardıman edilmesiyle elde edildi. Parçacık hızlandırıcıları, (çoğu durumda ışık hızına yakın hızlara) hızlandırmak ve yüklü parçacıkları (elektronlar, protonlar veya daha ağır iyonlar gibi) belirli bir yörüngede tutmak için kullanılan elektrik alanlarını kullanarak çalışır. Hızlandırıcıların en basit günlük örneği, katot ışın tüpüne sahip televizyonlardır, , , , .

Hızlandırıcılar, süper ağır elementlerin üretimi de dahil olmak üzere çeşitli deneyler için kullanılır. Temel parçacıkları incelemek için çarpıştırıcılar (çarpışmadan - “çarpışma”) da kullanılır - çarpışmalarının ürünlerini incelemek için tasarlanmış, çarpışan kirişler üzerindeki yüklü parçacıkların hızlandırıcıları. Bilim insanları ışınlara yüksek kinetik enerjiler veriyor. Çarpışmalar yeni, önceden bilinmeyen parçacıklar üretebilir. Görünümlerini tespit etmek için özel dedektörler tasarlanmıştır. 1990'ların başında en güçlü çarpıştırıcılar ABD ve İsviçre'de faaliyet gösteriyordu. 1987'de ABD'de Chicago yakınlarında Tevatron çarpıştırıcısı maksimum 980 gigaelektronvolt (GeV) ışın enerjisiyle fırlatıldı. 6,3 kilometre uzunluğunda bir yeraltı halkasıdır. 1989 yılında Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı (LEP), Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi'nin (CERN) himayesinde İsviçre'de devreye alındı. Bunun için 2000 yılında Cenevre Gölü vadisinde 50-175 metre derinlikte 26,7 kilometre uzunluğunda dairesel bir tünel inşa edildi ve 209 GeV ışın enerjisi elde etmek mümkün oldu.

1980'lerde SSCB'de, Fizik Enstitüsü'nde süper iletken bir proton-proton çarpıştırıcısı olan Hızlandırıcı-Depolama Kompleksi (UNC) projesi oluşturuldu. yüksek enerjiler(IHEP) Protvino'da. Birçok açıdan LEP ve Tevatron'dan üstün olacak ve temel parçacık ışınlarını 3 teraelektronvolt (TeV) enerjiyle hızlandırabilecek kapasitede olmalıdır. 21 kilometre uzunluğundaki ana halkası 1994 yılında yeraltına inşa edildi, ancak fon yetersizliği nedeniyle proje 1998'de donduruldu, Protvino'da inşa edilen tünel rafa kaldırıldı (yalnızca hızlandırma kompleksinin unsurları tamamlandı) ve şef projenin mühendisi Gennady Durov, çalışmak üzere ABD'ye gitti , , , , , , . Bazı Rus bilim adamlarına göre, eğer UNK tamamlanıp devreye alınsaydı, daha güçlü çarpıştırıcıların yaratılmasına gerek kalmayacaktı: Dünya düzeninin fiziksel temellerine ilişkin yeni veriler elde etmek için, bunun yapılması önerildi. hızlandırıcılarda 1 TeV enerji eşiğini aşmaya yetecek kadardır. Moskova Devlet Üniversitesi Nükleer Fizik Araştırma Enstitüsü Müdür Yardımcısı ve katılım koordinatörü Rus kurumları Büyük Hadron Çarpıştırıcısını yaratma projesinde Viktor Savrin, UNK'yi hatırlatarak şunları söyledi: "Eh, üç teraelektronvolt veya yedi Ve sonra üç teraelektronvolt daha sonra beşe getirilebilir." Bununla birlikte, Amerika Birleşik Devletleri 1993 yılında kendi Süper İletken Süper Çarpıştırıcısının (SSC) inşasından da mali nedenlerden dolayı vazgeçti.

Farklı ülkelerden fizikçiler, kendi çarpıştırıcılarını inşa etmek yerine, 1980'lerde ortaya çıkan yaratma fikri olan uluslararası bir proje çerçevesinde birleşmeye karar verdiler. İsviçre LEP'deki deneylerin sona ermesinden sonra, ekipmanı söküldü ve onun yerine, çarpışan kirişler üzerindeki yüklü parçacıkların dünyanın en güçlü halka hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısının (LHC, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, LHC) yapımına başlandı. , 14 TeV'ye kadar enerjili proton ışınlarını ve 1150 TeV'ye kadar çarpışma enerjili kurşun iyonlarını çarpıştıracak, , , , , .

Deneyin hedefleri

LHC'yi inşa etmenin temel amacı, fizikte temel parçacıkları ve dört temel etkileşimden üçünü (güçlü, zayıf ve elektromanyetik, yerçekimi kuvvetleri hariç) tanımlayan teorik bir yapı olan Standart Modeli açıklığa kavuşturmak veya çürütmekti. Standart Model'in oluşumu 1960-1970'li yıllarda tamamlanmış ve o tarihten bu yana yapılan tüm keşifler, bilim adamlarına göre bu teorinin doğal uzantıları ile anlatılmıştır. Aynı zamanda Standart Model, temel parçacıkların nasıl etkileşime girdiğini açıkladı, ancak neden tam olarak bu şekilde olduğu ve başka türlü olmadığı sorusuna cevap vermedi.

Bilim adamları, LHC'nin Higgs bozonunun keşfini başaramaması durumunda (basında buna bazen "Tanrı'nın parçacığı" deniyordu), Standart Modelin tamamının sorgulanacağını ve bunun da tam bir analiz gerektireceğini belirtti. Temel parçacıklar hakkındaki mevcut fikirlerin gözden geçirilmesi, , , , . Aynı zamanda, Standart Model onaylanırsa, fiziğin bazı alanları daha fazla deneysel doğrulama gerektiriyordu: özellikle, yerçekiminden sorumlu varsayımsal parçacıklar olan "gravitonların" varlığını kanıtlamak gerekiyordu.

Teknik özellikler

LHC, LEP için inşa edilmiş bir tünelin içinde yer almaktadır. Çoğu Fransız toprakları altındadır. Tünel, neredeyse tüm uzunlukları boyunca paralel uzanan ve hadronların (kuarklardan oluşan parçacıklar) çarpışmalarının gerçekleşeceği dedektörlerin konumlarında kesişen iki boru içerir (çarpışmalar için kurşun iyonları ve protonlar kullanılacaktır). Protonlar LHC'nin kendisinde değil, yardımcı hızlandırıcılarda hızlanmaya başlar. Proton ışınları LINAC2 doğrusal hızlandırıcısında, ardından PS hızlandırıcısında "başlar", ardından süper proton senkrotronun (SPS) 6,9 kilometre uzunluğundaki halkasına girerler ve ardından LHC tüplerinden birinde son bulurlar. 20 dakika daha 7 TeV'ye kadar enerji verilecek. Kurşun iyonlarıyla deneyler LINAC3 doğrusal hızlandırıcıda başlayacak. Kirişler, çoğu 27 tona kadar ağırlığa sahip 1.600 süper iletken mıknatıs tarafından yollarında tutuluyor. Bu mıknatıslar sıvı helyum ile ultra düşük sıcaklıklara kadar soğutulur: Mutlak sıfırın 1,9 derece üzerinde, daha soğuk uzay , , , , , , , .

Işık hızının yüzde 99,9999991'i oranında bir hızla, çarpıştırıcı halkasının etrafında saniyede 11 binden fazla daire çizen protonlar, dört detektörden birinde çarpışacak. karmaşık sistemler BAK , , , , , . ATLAS dedektörü, bilim adamlarının Standart Model dışında “yeni fizik” arayışlarında ipucu sağlayabilecek yeni bilinmeyen parçacıkları aramak üzere tasarlandı. CMS dedektörü Higgs bozonunu elde etmek ve incelemek için tasarlanmıştır. karanlık madde. ALICE dedektörü, Büyük Patlama'dan sonraki maddeyi incelemek ve kuark-gluon plazmasını aramak için tasarlandı; LHCb dedektörü ise maddenin antimadde üzerindeki yaygınlığının nedenini araştıracak ve b-kuarkların fiziğini keşfedecek. Gelecekte üç dedektörün daha devreye alınması planlanıyor: TOTEM, LHCf ve MoEDAL.

LHC'deki deneylerin sonuçlarını işlemek için, dünya çapındaki 11 bilgi işlem merkezine saniyede 10 gigabit'e kadar bilgi iletebilen, özel bir dağıtılmış bilgisayar ağı GRID kullanılacak. Dedektörlerden her yıl 15 petabayttan (15 bin terabayt) fazla bilgi okunacak: Dört deneyin toplam veri akışı saniyede 700 megabayta ulaşabilecek, , , , . Eylül 2008'de bilgisayar korsanları CERN web sayfasını hacklemeyi başardılar ve onlara göre çarpıştırıcının kontrollerine erişim sağladılar. Ancak CERN çalışanları LHC kontrol sisteminin internetten izole edildiğini açıkladı. Ekim 2009'da LHC'de LHCb deneyi üzerinde çalışan bilim adamlarından biri olan Adlen Ishor, teröristlerle işbirliği şüphesiyle tutuklandı. Ancak CERN yönetiminin bildirdiği gibi Ishor'un çarpıştırıcının yeraltı tesislerine erişimi yoktu ve teröristlerin ilgisini çekebilecek hiçbir şey yapmamıştı. Mayıs 2012'de Ishor beş yıl hapis cezasına çarptırıldı.

Maliyet ve inşaat tarihi

1995 yılında, LHC'yi inşa etme maliyetinin, deney yapma maliyeti hariç, 2,6 milyar İsviçre Frangı olduğu tahmin ediliyordu. Deneylerin 10 yıl sonra yani 2005 yılında başlaması planlanıyordu. 2001 yılında CERN'in bütçesi kesildi ve inşaat maliyetlerine 480 milyon frank eklendi (projenin toplam maliyeti o zamana kadar 3 milyar frank civarındaydı) ve bu da çarpıştırıcının fırlatılmasının 2007 yılına kadar ertelenmesine yol açtı. 2005 yılında LHC'nin inşaatı sırasında bir mühendis öldü: trajediye vinçten düşen bir yük neden oldu.

LHC'nin lansmanı yalnızca finansman sorunları nedeniyle ertelenmedi. 2007 yılında, Fermilab'ın süper iletken mıknatıs parçaları tedariğinin tasarım gereksinimlerini karşılamadığı ve çarpıştırıcının fırlatılmasının bir yıl gecikmesine neden olduğu keşfedildi.

10 Eylül 2008'de LHC'de ilk proton ışını fırlatıldı. Birkaç ay içinde ilk çarpışmaların çarpıştırıcıda yapılması planlandı, ancak 19 Eylül'de iki süper iletken mıknatısın LHC'deki hatalı bağlantısı nedeniyle bir kaza meydana geldi: mıknatıslar devre dışı bırakıldı, 6 tondan fazla Tünele sıvı helyum döküldü ve hızlandırıcı borularındaki vakum bozuldu. Çarpıştırıcının onarım için kapatılması gerekiyordu. Kazaya rağmen 21 Eylül 2008'de LHC'nin işletmeye alınması için bir tören düzenlendi. Başlangıçta deneyler Aralık 2008'de yeniden başlatılacaktı, ancak daha sonra yeniden başlatma tarihi Eylül'e, ardından da Kasım 2009'un ortasına ertelendi ve ilk çarpışmaların yalnızca 2010'da gerçekleşmesi planlandı. Kazadan sonra LHC halkasının bir kısmı boyunca kurşun iyon ve proton ışınlarının ilk test lansmanları 23 Ekim 2009'da gerçekleştirildi. 23 Kasım'da ATLAS dedektöründe ilk ışın çarpışmaları yapıldı ve 31 Mart 2010'da çarpıştırıcı tam güçle çalıştı: O gün 7 TeV'lik rekor enerjide proton ışınlarının çarpışması kaydedildi. Nisan 2012'de, proton çarpışmalarında daha da yüksek bir enerji kaydedildi - 8 TeV.

2009 yılında LHC'nin maliyetinin 3,2 ila 6,4 milyar avro arasında olduğu tahmin ediliyordu ve bu da onu insanlık tarihindeki en pahalı bilimsel deney haline getiriyordu.

Uluslararası işbirliği

LHC ölçeğinde bir projenin tek başına bir ülke tarafından oluşturulamayacağı kaydedildi. Sadece 20 CERN üye devletinin çabalarıyla yaratılmadı: geliştirilmesinde yüzden fazla ülkeden 10 binden fazla bilim insanı yer aldı. küre. 2009'dan bu yana BAC projesine şu kişi liderlik ediyor: Genel Müdür CERN Rolf-Dieter Heuer. Rusya ayrıca CERN'in gözlemci üyesi olarak LHC'nin oluşturulmasında da yer alıyor: 2008'de Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda IHEP çalışanları da dahil olmak üzere yaklaşık 700 Rus bilim adamı çalıştı.

Bu arada, Avrupa ülkelerinden birinden bilim adamları, LHC'deki deneylere katılma fırsatını neredeyse kaybediyorlardı. Mayıs 2009'da Avusturya Bilim Bakanı Johannes Hahn, CERN üyeliğinin ve LHC programına katılımın çok maliyetli olduğunu ve Avusturya'daki bilime ve üniversitelere somut bir getiri sağlamadığını açıklayarak ülkenin 2010 yılında CERN'den çekildiğini duyurdu. Konuşma, CERN'in bütçesinin yüzde 2,2'sini ve Avusturya hükümetinin uluslararası araştırma kuruluşlarına katılım için tahsis ettiği fonların yaklaşık yüzde 70'ini temsil eden yaklaşık 20 milyon avroluk olası yıllık tasarruf hakkındaydı. Avusturya, çekilme konusundaki nihai kararını 2009 sonbaharında vereceğine söz verdi. Ancak daha sonra Avusturya Şansölyesi Werner Faymann ülkesinin projeden ve CERN'den ayrılmayacağını söyledi.

Tehlike söylentileri

Basında LHC'nin fırlatılmasının dünyanın sonunu getirebileceği için insanlık için tehlike oluşturduğuna dair söylentiler dolaşıyordu. Bunun nedeni, bilim adamlarının, çarpıştırıcıdaki çarpışmalar sonucunda mikroskobik kara deliklerin oluşabileceği yönündeki açıklamalarıydı: tüm Dünya'nın kendilerine "emilebileceği" ve bu nedenle LHC'nin gerçek bir "Pandora'nın kutusu" olduğu yönünde görüşler hemen ortaya çıktı , , , , . Higgs bozonunun keşfinin Evrende kontrolsüz kütle büyümesine yol açacağı ve "karanlık madde" arayışına yönelik deneylerin "gariplerin" ortaya çıkmasına yol açabileceği yönünde görüşler de vardı (terimin Rusçaya çevirisi gökbilimciye aittir) Sergei Popov) - sıradan maddeyle temas ettiğinde onu bir "şeride" dönüştürebilen "garip madde" ". Kurt Vonnegut'un kurgusal malzemesi Buz Dokuzunun gezegendeki yaşamı yok ettiği Kedi Beşiği romanıyla bir karşılaştırma yapıldı. Bazı yayınlar, bireysel bilim adamlarının görüşlerine yer vererek, LHC'deki deneylerin zamanla "solucan deliklerinin" ortaya çıkmasına yol açabileceğini, bu sayede parçacıkların ve hatta canlıların gelecekten dünyamıza aktarılabileceğini belirtti. Ancak bilim adamlarının sözlerinin gazeteciler tarafından çarpıtıldığı ve yanlış yorumlandığı ortaya çıktı: Başlangıçta "yalnızca bireysel temel parçacıkların geçmişe yolculuk yapabileceği mikroskobik zaman makinelerinden" bahsediyorlardı.

Bilim adamları bu tür olayların olasılığının ihmal edilebilir olduğunu defalarca dile getirdiler. Hatta LHC'deki deneylerin yol açabileceği felaketlerin olasılığı hakkında bir analiz yürüten ve bir rapor yayınlayan özel bir LHC Güvenlik Değerlendirme Grubu bile oluşturuldu. Bilim adamlarının bildirdiği gibi, LHC'deki protonların çarpışması, kozmik ışınların astronotların uzay kıyafetleriyle çarpışmasından daha tehlikeli olmayacaktır: bazen LHC'de elde edilebilecek olandan daha fazla enerjiye sahip olabilirler. Varsayımsal kara deliklere gelince, bunlar çarpıştırıcının duvarlarına bile ulaşmadan "çözülecekler" , , , , , .

Ancak olası felaketlerle ilgili söylentiler kamuoyunu hâlâ tedirgin ediyordu. Çarpıştırıcının yaratıcılarına dava bile açıldı: En ünlü davalar Amerikalı avukat ve doktor Walter Wagner ile Alman kimya profesörü Otto Rossler'e aitti. CERN'i, yaptığı deneyle insanlığı tehlikeye atmak ve İnsan Hakları Sözleşmesi ile güvence altına alınan "yaşam hakkını" ihlal etmekle suçladılar ancak iddialar reddedildi, , , , . Basın, Hindistan'da LHC'nin fırlatılmasının ardından dünyanın sonunun yaklaştığı yönündeki söylentiler nedeniyle 16 yaşındaki bir kızın intihar ettiğini bildirdi.

Rus blog dünyasında, "daha çok bir çarpıştırıcı gibi olurdu" memi ortaya çıktı ve bu, "daha çok dünyanın sonu gibi olurdu, artık bu rezalete bakmak imkansız" şeklinde tercüme edilebilir. "Fizikçilerin bir araya gelip her 14 milyar yılda bir çarpıştırıcıyı fırlatma geleneği vardır" şakası çok popülerdi.

Bilimsel sonuçlar

LHC'deki deneylerden elde edilen ilk veriler Aralık 2009'da yayınlandı. 13 Aralık 2011'de CERN uzmanları, LHC'de yapılan araştırmalar sonucunda Higgs bozonunun olası kütlesinin sınırlarını 115,5-127 GeV'ye kadar daraltabildiklerini ve istenilen parçacığın varlığına dair işaretleri keşfedebildiklerini duyurdular. yaklaşık 126 GeV'lik bir kütle. Aynı ay, LHC'deki deneyler sırasında ilk kez Higgs bozonu olmayan ve χb (3P) olarak adlandırılan yeni bir parçacığın keşfedildiği duyuruldu.

4 Temmuz 2012'de CERN yönetimi, bilim adamlarına göre büyük olasılıkla Higgs bozonu olan yaklaşık 126 GeV kütle bölgesinde yüzde 99,99995 olasılıkla yeni bir parçacığın keşfini resmen duyurdu. LHC'de çalışan iki bilimsel işbirliğinden birinin lideri Joe Incandela, bu sonucu "bu bilim alanında son 30-40 yıldaki en büyük gözlemlerden biri" olarak nitelendirdi ve Peter Higgs de parçacığın keşfini bizzat ilan etti. “Fizikte bir çağın sonu.”

Gelecek projeler

2013 yılında CERN, daha güçlü dedektörler kurarak ve çarpıştırıcının genel gücünü artırarak LHC'yi yükseltmeyi planlıyor. Modernizasyon projesine Süper Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (SLHC) adı veriliyor. Ayrıca bir Uluslararası Doğrusal Çarpıştırıcı (ILC) inşa etme planları da var. Borusu onlarca kilometre uzunluğunda olacak ve tasarımının pahalı süper iletken mıknatısların kullanımını gerektirmemesi nedeniyle LHC'den daha ucuz olması gerekiyor. ILC muhtemelen Dubna'da inşa edilecek.

Ayrıca ABD ve Japonya'dan bazı CERN uzmanları ve bilim adamları, LHC'nin tamamlanmasının ardından yeni bir Çok Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (VLHC) üzerinde çalışmaya başlamayı önerdiler.

Kullanılan malzemeler

Chris Wickham, Robert Evans. "Bu bir bozon:" Higgs'in arayışı yeni parçacık taşıyor. - Reuters, 05.07.2012

Lucy Christie, Marie Noelle Blessig. Fizik: "Dieu parçacığı"nın dekorasyonu? - Agence France-Presse, 04.07.2012

Dennis'e veda. Fizikçiler Evrenin Anahtarı Olarak Görülen Bulunması Zor Parçacık Buldu - New York Times, 04.07.2012

Adlene Hicheur hapishaneyi lanetledi, tek bir sürpriz yapmayın. - L"Ekspres, 04.05.2012

Parçacık çarpıştırıcısı evreni keşfetme arayışını hızlandırıyor. - Agence France-Presse, 06.04.2012

Jonathan Amos. LHC, ilk yeni parçacığının keşfedildiğini bildirdi. - BBC Haberleri, 22.12.2011

Leonid Popov. İlk yeni parçacık LHC'de yakalandı. - membran, 22.12.2011

Stephen Shankland. CERN fizikçileri Higgs bozonunun ipucunu buldu. - CNET, 13.12.2011

Paul Rincon. LHC: Higgs bozonu "bir an için görünmüş olabilir". - BBC Haberleri, 13.12.2011

Evet başardık! - CERN Bülteni, 31.03.2010

Richard Webb. Fizikçiler LHC'nin ilk sonuçlarını yayınlamak için yarışıyor. - Yeni Bilim Adamı, 21.12.2009

Basın bülteni. Dönen iki ışın LHC'de ilk çarpışmaları sağlar. - CERN (cern.ch), 23.11.2009

Parçacıklar LHC'ye geri döndü! - CERN (cern.ch), 26.10.2009

LHC'deki ilk kurşun iyonları. - LHC Enjeksiyon Testleri (lhc-injection-test.web.cern.ch), 26.10.2009

Charles Bremner, Adam Sage. Hadron Çarpıştırıcısı fizikçisi Adlene Hicheur terörizmle suçlandı. - Times, 13.10.2009

Dennis'e veda. Resmi Terörizm Soruşturmasında Fransız Araştırmacı Bilim Adamı. - New York Times, 13.10.2009

Süper İletken Süper Çarpıştırıcıdan geriye ne kaldı? Bugün Fizik, 06.10.2009

LHC, 2009-2010'un başlarında 3,5 TeV'de çalışacak, daha sonra yükselecek. - CERN (cern.ch), 06.08.2009

LHC Deneyler Komitesi. - CERN (cern.ch), 30.06.2009