Bu gizemli cihaz hakkında pek çok söylenti var, birçoğu Dünya'yı yok edeceğini, yapay bir kara delik yaratacağını ve insanlığın varlığına son vereceğini iddia ediyor. Gerçekte, bu cihaz, bilim adamları tarafından yürütülen araştırmalar sayesinde insanlığı yepyeni bir düzeye taşıyabilir. Bu başlıkta, Büyük Hadron Çarpıştırıcısının (LHC) ne olduğu hakkında fikir edinmeniz için gerekli tüm bilgileri toplamaya çalıştım.

Bu konu, Hadron Çarpıştırıcısı hakkında bilmeniz gereken her şeyi içermektedir. 30 Mart 2010'da CERN'de (Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü) tarihi bir olay gerçekleşti - birkaç başarısız denemeden ve birçok yükseltmeden sonra, atomları yok etmek için dünyanın en büyük makinesinin yaratılması tamamlandı. Nispeten düşük hızda proton çarpışmalarını başlatan ön testler 2009 yılında gerçekleştirildi ve önemli bir sorun yaşanmadı. 2010 baharında gerçekleştirilecek olağanüstü bir deney için zemin hazırlandı. LHC'nin ana deneysel modeli, maksimum hızda çarpışan iki proton ışınının çarpışmasına dayanıyor. Bu güçlü çarpışma, protonları yok ederek olağanüstü enerjiler ve yeni temel parçacıklar yaratır. Bu yeni atomik parçacıklar son derece kararsızdır ve sadece bir saniyenin çok küçük bir kısmı için var olabilirler. LHC'nin bir parçası olan analitik aparat, bu olayları kaydedebilir ve detaylı olarak analiz edebilir. Böylece bilim adamları kara deliklerin ortaya çıkışını simüle etmeye çalışıyorlar.

30 Mart 2010'da Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın 27 km'lik tüneline zıt yönlerde iki proton demeti ateşlendi. Çarpışmanın meydana geldiği ışık hızına kadar hızlandırıldılar. 7 TeV'lik (7 teraelektronvolt) rekor kıran bir enerji kaydedildi. Bu enerjinin büyüklüğü bir rekordur ve çok önemli değerlere sahiptir. Şimdi, LHC'nin en önemli bileşenlerini tanıyalım - proton ışınlarının çarpıştığı saniyelerin kesirlerinde 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 kilit bir rol oynuyor. Diyagram, anahtar LHC projeleri olan dört ana deneyin (ALICE, ATLAS, CMS ve LHCb) yerini göstermektedir. Yeraltında 50 ila 150 metre derinlikte, dev sensör dedektörleri için özel olarak devasa mağaralar kazıldı.

ALICE (Büyük Deneysel İyon Çarpıştırıcısının kısaltması) adlı bir projeyle başlayalım. Bu, LHC'de inşa edilen altı deneysel tesisten biridir. ALICE, ağır iyon çarpışmalarını incelemek için kuruldu. Ortaya çıkan nükleer maddenin sıcaklığı ve enerji yoğunluğu, gluon plazmasının doğuşu için yeterlidir. Fotoğraf ALICE dedektörünü ve 18 modülünün tamamını göstermektedir.


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

Ana LHC deneylerinden biri de ATLAS'tır. Deney, protonlar arasındaki çarpışmaları incelemek için tasarlanmış özel bir dedektör üzerinde gerçekleştirilir. ATLAS 44 metre uzunluğunda, 25 metre çapında ve yaklaşık 7.000 ton ağırlığındadır. Proton ışınları, türünün şimdiye kadar yapılmış en büyük ve en karmaşık sensörü olan tünelin merkezinde çarpışır. Sensör, protonların çarpışması sırasında ve sonrasında olan her şeyi yakalar. Projenin amacı, evrenimizde daha önce kaydedilmemiş ve tespit edilmemiş parçacıkları tespit etmektir.

Keşif ve doğrulama Higgs bozonu- Büyük Hadron Çarpıştırıcısının en önemli önceliği, çünkü bu keşif, temel atomik parçacıkların ve standart maddenin ortaya çıkışının Standart Modelini doğrulayacaktır. Çarpıştırıcının tam güçte başlatılması sırasında, Standart Modelin bütünlüğü yok edilecektir. Özelliklerini kısmen anladığımız temel parçacıklar, yapısal bütünlüklerini koruyamayacaklardır. Standart Model, 1 TeV'lik bir üst enerji limitine sahiptir ve bu limitte, parçacık arttıkça bozunur. 7 TeV'lik bir enerjiyle, şu anda bilinenden on kat daha büyük kütleli parçacıklar oluşturulabilir. Doğru, çok kararsız olacaklar, ancak ATLAS onları "kaybolmadan" önce saniyenin bu kesirlerinde algılamak için tasarlandı.

Bu fotoğraf, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın tüm fotoğraflarının en iyisi olarak kabul edilir:

Kompakt müon solenoidi ( Kompakt Müon Solenoidi), LHC'deki iki büyük evrensel parçacık dedektöründen biridir. 38 ülkedeki 183 laboratuvar ve üniversiteden yaklaşık 3.600 bilim insanı, bu dedektörü inşa eden ve çalıştıran CMS'nin çalışmalarını destekliyor. Solenoid, Fransa'daki Cessy'de, İsviçre sınırına yakın yeraltında bulunur. Diyagram, daha ayrıntılı olarak tartışacağımız CMS cihazını göstermektedir.

En iç katman- Silikon tabanlı izci. İzleyici, dünyanın en büyük silikon sensörüdür. 76 milyon kanaldan oluşan 205 m2 silikon sensöre (yaklaşık bir tenis kortu alanı) sahiptir. İzleyici, elektromanyetik bir alandaki yüklü parçacıkların izlerini ölçmenizi sağlar.

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

Büyük Hadron Çarpıştırıcısının CMS'sinin 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, parçacıkların ömrünü en üst düzeye çıkarmak için tam güçte çalışıyor.

5. katman - Müon dedektörleri ve dönüş boyunduruğu. CMS araştırma içindir çeşitli tipler LHC'nin enerjik çarpışmalarında bulunabilecek fizik. Bu araştırmaların bir kısmı Standart Modelin parametrelerinin ölçümlerini doğrulamak veya iyileştirmek için iken, diğerleri yeni fizik arayışı içindedir.

30 Mart 2010 deneyi hakkında çok az bilgi var, ancak kesin olarak bilinen bir gerçek var. CERN, çarpıştırıcının üçüncü fırlatma girişiminde, proton demetleri 27 kilometrelik bir tünelin etrafında koştuğunda ve ardından ışık hızında çarpıştığında eşi görülmemiş bir enerji patlaması kaydedildiğini bildirdi. Kaydedilen rekor enerji seviyesi, mevcut konfigürasyonunda sunabileceği maksimum değerde sabitlendi - yaklaşık 7 TeV. Evrenimizin varlığını ortaya çıkaran, Big Bang'in başlangıcının ilk saniyeleri için tipik olan bu enerji miktarıydı. Başlangıçta bu enerji seviyesi beklenmiyordu, ancak sonuç tüm beklentileri aştı.

Diyagram, ALICE'ın 7 TeV'lik rekor bir enerji dalgalanmasını nasıl yakaladığını gösterir:

Bu deney 2010 yılında yüzlerce kez tekrarlanacak. Bu sürecin ne kadar karmaşık olduğunu anlamanız için, bir çarpıştırıcıdaki parçacıkların hızlanmasına bir benzetme yapabiliriz. Karmaşıklık açısından bu, örneğin Newfoundland adasından o kadar mükemmel bir doğrulukla iğneler çekmeye eşdeğerdir ki, bu iğneler Atlantik'te bir yerde çarpışır ve tüm dünyayı çevreler. Ana amaç, temel bir parçacığın keşfidir - evrenin inşası için Standart Modelin temelini oluşturan Higgs Bozonu

Tüm bu deneylerin başarılı sonucuyla, 400 GeV'lik (Karanlık Madde olarak adlandırılan) en ağır parçacıkların dünyası nihayet keşfedilebilir ve keşfedilebilir.

Birkaç yıl önce, hangi hadron çarpıştırıcıları, Higgs Bozonu ve dünya çapında binlerce bilim adamının neden İsviçre ve Fransa sınırındaki devasa bir fiziksel kampüste, milyarlarca doları toprağa gömerek çalıştığı hakkında hiçbir fikrim yoktu.
Sonra benim için, gezegenin diğer birçok sakini gibi, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ifadesi, içinde ışık hızında çarpışan temel parçacıkların bilgisi ve son zamanların en büyük keşiflerinden biri olan Higgs Bozonu tanıdık geldi.

Ve böylece, Haziran ortasında, ne çok konuşulduğunu ve ne kadar çelişkili söylenti dolaştığını kendi gözlerimle görme fırsatım oldu.
Bu sadece kısa bir gezi değil, dünyanın en büyük nükleer fizik laboratuvarı olan CERN'de geçirilen tam bir gündü. Burada fizikçilerin kendileriyle iletişim kurmayı başardık ve bu bilimsel kampüste birçok ilginç şey gördük, kutsalların kutsalına indik - Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (ve sonuçta, başlatıldığında ve testler yapıldığında, dışarıdan herhangi bir erişim imkansızdır), bilim adamlarının çarpıştırıcıda elde edilen verileri analiz ettiği Atlas merkezinde, çarpıştırıcı için dev mıknatısların üretimi için fabrikayı ziyaret edin, yapım aşamasındaki en yeni lineer çarpıştırıcıyı gizlice ziyaret edin ve hatta, neredeyse bir arayışta olduğu gibi, pratik olarak temel bir parçacığın dikenli yolu boyunca uçtan uca yürüyün. Ve her şeyin nerede başladığını görün...
Ancak tüm bunlar hakkında ayrı yazılarda. Bugün sadece Büyük Hadron Çarpıştırıcısı.
Basitçe denilebilirse, beynim böyle bir şeyin NASIL önce icat edilip sonra inşa edilebileceğini anlamayı reddediyor.

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

3. Çarpıştırıcının genel olarak ne olduğunu ve ne kadar büyük olduğunu kabaca anlamak için uydu haritasına bakalım.
Bu, Cenevre Gölü'ne çok yakın, Cenevre'nin bir banliyösüdür. Biraz sonra ayrı ayrı konuşacağım devasa CERN kampüsünün bulunduğu yer burasıdır ve çeşitli derinliklerde yeraltında bir grup çarpıştırıcı bulunur. Evet evet. O yalnız değil. Onlardan on tane var. Büyük Hadron, mecazi olarak konuşursak, temel parçacıkların hızlandırıldığı çarpıştırıcılar zincirini tamamlayarak bu yapıyı basitçe taçlandırıyor. Ayrıca Büyük (LHC) parçacıkla birlikte ilk lineer Linac'a giderek bundan ayrıca bahsedeceğim.
LHC halkasının çapı neredeyse 27 kilometredir ve 100 metrenin biraz üzerinde bir derinlikte bulunur (şekildeki en büyük halka).
LHC'nin dört dedektörü vardır - Alice, Atlas, LHCb ve CMS. CMS dedektörüne gittik.

4. Bu dört dedektöre ek olarak, yeraltı boşluğunun geri kalanı, içinde bu mavi bölümlerin sürekli bir bağırsağının 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 tam da böyle karmaşık bir yapı var. Burada her şeyden çok var, ama en temel olanı, içinde proton ışınlarının uçtuğu iki içi boş tüp.
Dört yerde (aynı dedektörlerde) bu tüpler kesişir ve proton ışınları çarpışır. Çarpıştıkları yerlerde protonlar, dedektörler tarafından sabitlenen çeşitli parçacıklara dağılır.
Bu, bu saçmalığın ne olduğundan ve nasıl çalıştığından kısaca bahsetmek içindir.

6. Yani, 14 Haziran sabahı, CERN. Bölgede bir kapısı ve küçük bir binası olan göze çarpmayan bir çite geliyoruz.
Bu, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı - CMS'nin dört dedektöründen birinin girişidir.
Burada biraz durmak ve bu noktaya nasıl ve kimin sayesinde geldiğimizden bahsetmek istiyorum.
Ve bunların hepsi, CERN'de çalışan ve sayesinde ziyaretimizin bir tür kısa sıkıcı gezi olmadığı, inanılmaz derecede ilginç ve büyük miktarda bilgi ile dolu olduğu Andrey'in “suçlusu”.
Andrei (yeşil bir tişört giyiyor) asla misafirlere karşı değil ve nükleer fiziğin bu Mekke'sini ziyaret etmeye katkıda bulunmaktan her zaman mutlu.
İlginç olan ne biliyor musun? Bu, Çarpıştırıcıdaki ve genel olarak CERN'deki erişim modudur.
Evet, her şey manyetik bir kartta ama ... geçiş iznine sahip bir çalışan, bölgenin ve tesislerin %95'ine erişim hakkına sahip.
Ve sadece olanlar yüksek seviye radyasyon tehlikesi, özel erişim gereklidir - bu çarpıştırıcının içindedir.
Ve böylece - sorunsuz, çalışanlar bölge içinde hareket eder.
Bir an için - milyarlarca dolar ve en inanılmaz ekipmanların çoğu buraya yatırıldı.
Sonra Kırım'da her şeyin uzun süredir kesildiği, ancak yine de her şeyin mega-gizli olduğu, hiçbir durumda onu vuramazsınız ve nesne Tanrı bilir ne olduğunu bilen bazı terk edilmiş nesneleri hatırlıyorum. stratejik bir
Sadece buradaki insanlar kafalarıyla yeterince düşünüyorlar.

7. CMS bölgesi böyle görünüyor. senin için gösteriş yok dış kaplama ve otoparkta süper arabalar. Ama bunu karşılayabilirler. Sadece gerek yok.

8. CERN, dünyanın önde gelen Bilim merkezi fizik alanında, PR açısından birkaç farklı yön kullanır. Bunlardan biri sözde "Ağaç".
davet ediyor okul öğretmenleri farklı ülke ve şehirlerden fizikte. Burada gösteriliyor ve anlatılıyor. Öğretmenler daha sonra okullarına dönerler ve gördüklerini öğrencilere anlatırlar. Hikayeden ilham alan belirli sayıda öğrenci, büyük bir ilgiyle fizik okumaya başlar, ardından fizik uzmanlıkları için üniversitelere gider ve gelecekte belki de burada çalışabilir.
Ancak çocuklar hala okuldayken CERN'i ziyaret etme ve tabii ki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'na inme şansına da sahipler.
Ayda birkaç kez, burada farklı ülkelerden fiziğe aşık üstün yetenekli çocuklar için özel “açık günler” düzenlenmektedir.
Bu ağacın kalbinde yer alan öğretmenler tarafından seçilirler ve İsviçre'deki CERN ofisine teklifler sunarlar.
Tesadüfen, Büyük Hadron Çarpıştırıcısını görmeye geldiğimiz gün, Ukrayna'dan bu tür gruplardan biri buraya geldi - çocuklar, Küçük Bilimler Akademisi öğrencileri, zorlu bir yarışmayı geçti. Onlarla birlikte 100 metre derinliğe, Çarpıştırıcı'nın tam kalbine indik.

9. Rozetlerimizle zafer.
Burada çalışan fizikçilerin zorunlu unsurları, el fenerli bir kask ve ayak parmağında metal plakalı botlar (yük düştüğünde ayak parmaklarını korumak için)

10. Fizik tutkunu üstün yetenekli çocuklar. Birkaç dakika içinde yerleri gerçek olacak - Büyük Hadron Çarpıştırıcısına inecekler

11. İşçiler domino oynar ve yeraltındaki bir sonraki vardiyadan önce dinlenirler.

12. Kontrol ve yönetim merkezi CMS. Sistemin işleyişini karakterize eden ana sensörlerden gelen birincil veriler buraya akın eder.
Çarpıştırıcının çalışması sırasında 8 kişilik bir ekip burada 24 saat çalışıyor.

13. Şu anda Büyük Hadron Çarpıştırıcısının, çarpıştırıcının onarım ve modernizasyon programını yürütmek için iki yıldır durdurulduğu söylenmelidir.
Gerçek şu ki, 4 yıl önce üzerinde bir kaza oldu, ardından çarpıştırıcı tam kapasite çalışmadı (kazadan bir sonraki yazıda bahsedeceğim).
2014'te sona erecek modernizasyondan sonra daha da büyük kapasitede çalışması gerekiyor.
Çarpıştırıcı şimdi çalışıyor olsaydı, kesinlikle onu ziyaret edemezdik.

14. Özel bir teknik asansörde Çarpıştırıcının bulunduğu 100 metreden fazla derinliğe iniyoruz.
Asansör, acil bir durumda personeli kurtarmanın tek yoludur, çünkü burada merdiven yok. Yani, burası CMS'deki en güvenli yer.
Talimatlara göre, alarm durumunda tüm personel derhal asansöre gitmelidir.
Burada aşırı basınç oluşturulur, böylece duman çıkması durumunda duman içeri girmez ve insanlar zehirlenmez.

15. Boris duman olmadığından endişeleniyor

16. Derin. Burada her şey iletişimle dolu

17. Sonsuz kilometrelerce kablo ve veri kablosu

18. Çok sayıda boru var. Sözde kriyojenik. Gerçek şu ki, mıknatısların içinde helyum soğutma için kullanılıyor. Hidroliklerin yanı sıra diğer sistemlerin soğutulması da gereklidir.

19. Dedektör içerisinde yer alan bilgi işlem odalarında çok sayıda sunucu bulunmaktadır.
Sözde inanılmaz performans tetikleyicileri olarak gruplandırılırlar.
Örneğin, 40.000.000 olaydan 3 milisaniyede ilk tetikleyici yaklaşık 400'ü seçmeli ve bunları ikinci tetikleyiciye - en yüksek seviyeye aktarmalıdır.

20. Fiber optik çılgınlığı.
Bilgisayar odaları, dedektörün üzerinde bulunur. elektroniklerin çalışmasına müdahale etmeyen çok küçük bir manyetik alan var.
Dedektörün kendisinde veri toplamak mümkün olmazdı.

21. Küresel tetikleyici. 200 bilgisayardan oluşur

22. Elma Nedir? Dell!!!

23. Sunucu dolapları güvenli bir şekilde kilitlenir

24. Operatörün çalışma alanlarından birinde komik bir çizim.

25. 2012 yılının sonunda, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda yapılan bir deney sonucunda Higgs Bozonu keşfedildi ve bu olay CERN çalışanları tarafından geniş çapta not edildi.
Şampanya şişeleri, bunun sadece büyük şeylerin başlangıcı olduğuna inanılarak kutlamadan sonra atılmadı.

26. Dedektörün kendisine yaklaşırken, her yerde radyasyon tehlikesi uyarısı yapan işaretler vardır.

26. Çarpıştırıcının tüm çalışanları, okuyucuya getirmeleri ve konumlarını kaydetmeleri gereken kişisel dozimetrelere sahiptir.
Dozimetre radyasyon seviyesini biriktirir ve limit doza yaklaşması durumunda çalışanı bilgilendirir ve ayrıca çarpıştırıcının yakınında tehlikede olan bir kişi olduğunu uyararak kontrol noktasına çevrimiçi olarak veri iletir.

27. Dedektörün önünde üst düzey bir erişim sistemi.
Kişisel kart, dozimetre takarak ve retina taramasından geçerek giriş yapabilirsiniz.

28. Ne yapıyorum

29. Ve işte burada - dedektör. İçerideki küçük bir acı, şimdi oldukça küçük görünecek olan o büyük mıknatısları içeren bir mandrene benzer bir şeydir. Şu anda mıknatıs yok çünkü. modernizasyondan geçiyor

30. Çalışır durumda dedektör bağlı ve tek bir bütün gibi görünüyor

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

32. Dedektörün boyutunu alt katta çalışan insan ve makinelerle karşılaştırın

33. Kablo mavi renkli- güç, kırmızı - veri

34. İlginç bir şekilde, çalışma sırasında Büyük Hadron saatte 180 megavat elektrik tüketir.

35. Mevcut iş sensör bakımı için

36. Çok sayıda sensör

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

38. İnanılmaz derecede zeki bir insanın görünüşü.

39. Bir buçuk saat yer altı beş dakika gibi uçar... Ölümlü dünyaya geri dönerken, istemeden düşünürsünüz ... Bu NASIL yapılabilir.
Ve NEDEN yapıyorlar….

Bu soruda (ve buna benzer diğerlerinde), "aslında" kelimelerinin ortaya çıkışı ilginçtir - sanki deneyimsizlerden gizlenmiş, kasaba halkından "bilim rahipleri" tarafından korunan bir öz varmış gibi, ortaya çıkar. Ancak, bilimin içinden bakıldığında, gizem ortadan kalkar ve bu kelimelere yer yoktur - “neden bir hadron çarpıştırıcısına ihtiyacımız var” sorusu, “neden bir cetvele (veya teraziye veya teraziye ihtiyacımız var)” sorusundan temelde farklı değildir. saatler vb.)”. Çarpıştırıcının büyük, pahalı ve karmaşık bir şey olması, hiçbir şekilde durumu değiştirmiyor.

"Bunun neden gerekli olduğunu" anlamanıza izin veren en yakın benzetme bence bir mercek. İnsanoğlu çok eski zamanlardan beri lenslerin özelliklerine aşinadır, ancak belirli lens kombinasyonlarının çok küçük veya çok uzak nesneleri görüntülemeye izin veren cihazlar olarak kullanılabileceği ancak son bin yılın ortasında fark edilmiştir. tabii ki, bir mikroskop ve bir teleskoptan bahsediyoruz. Çağdaşlar için bu yeni yapılar ortaya çıktığında, tüm bunlara neden ihtiyaç duyulduğu sorusunun tekrar tekrar sorulduğuna şüphe yoktur. Ancak her iki cihazın da bilimsel ve uygulamalı uygulama alanları genişledikçe kendisini gündemden çıkardı. Genel olarak konuşursak, bunların farklı araçlar olduğunu unutmayın - yıldızlara ters bir mikroskopta bakmak işe yaramaz. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, paradoksal bir şekilde, onları kendi içinde birleştirir ve haklı olarak, insanlığın son yüzyıllarda ulaştığı hem mikroskopların hem de teleskopların evrimindeki en yüksek nokta olarak kabul edilebilir. Bu ifade garip görünebilir ve elbette tam anlamıyla alınmamalıdır - hızlandırıcıda lens yoktur (en azından optik olanlar). Ama aslında, olan tam olarak budur. Çarpıştırıcı, "mikroskobik" enkarnasyonunda, nesnelerin yapısını ve özelliklerini 10-19 metre seviyesinde incelemenize izin verir (size bir hidrojen atomunun boyutunun yaklaşık 10-10 metre olduğunu hatırlatırım). “Teleskopik” kısımda durum daha da ilginç. Her teleskop gerçek zamanlı bir makinedir, çünkü içinde gözlemlenen resim, gözlem nesnesinin geçmişte ne olduğuna, yani elektromanyetik radyasyonun gözlemciye bu nesneden ulaşması gereken zamana karşılık gelir. Bu süre, Güneş'in Dünya'dan gözlemlenmesi durumunda sekiz dakika kadar kısa ve uzak kuasarların gözlemlenmesi durumunda milyarlarca yıla kadar çıkabilir. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın içinde, Evrende Büyük Patlama'dan saniyenin çok küçük bir bölümünde var olan koşullar yaratılıyor. Böylece, dünyamızın en başlangıcına kadar geçen yaklaşık 14 milyar yıla bakma fırsatı buluyoruz. Sıradan karasal ve yörüngeli teleskoplar (en azından Elektromanyetik radyasyon), ancak Evren optik olarak şeffaf hale geldiğinde rekombinasyon çağından sonra "vizyon" elde edin - bu, modern kavramlara göre, Büyük Patlama'dan 380 bin yıl sonra oldu.

Daha sonra, bu bilgiyle ne yapacağımıza karar vermeliyiz: hem küçük ölçekte maddenin yapısı hem de Evrenin doğuşundaki özellikleri hakkında ve sonunda tartışılan gizemi geri getirecek olan budur. başlayın ve çarpıştırıcıya neden gerçekten ihtiyaç duyulduğunu belirleyin. Ancak bu bir insan kararıdır, ancak bu bilginin elde edildiği çarpıştırıcı sadece bir araç olarak kalacaktır - belki de dünyanın gördüğü en karmaşık "mercekler" sistemi.

Bugün Büyük Hadron Çarpıştırıcısı olarak bildiğimiz hızlandırıcının yaratılış tarihi 2007 yılında başlıyor. Başlangıçta, hızlandırıcıların kronolojisi siklotron ile başladı. Cihaz, masaya kolayca sığan küçük bir cihazdı. Sonra hızlandırıcıların tarihi hızla gelişmeye başladı. Senkrofazotron ve senkrotron ortaya çıktı.

Tarihte belki de en eğlenceli olanı 1956'dan 1957'ye kadar olan dönemdi. O günlerde Sovyet bilimi, özellikle fizik, yabancı kardeşlerin gerisinde kalmadı. Vladimir Veksler adlı bir Sovyet fizikçisi, yıllar içinde edindiği deneyimi kullanarak bilimde bir atılım yaptı. O zamanlar en güçlü senkrofazotronu yarattı. Çalışma gücü 10 gigaelektronvolt (10 milyar elektronvolt) idi. Bu keşiften sonra, ciddi hızlandırıcı örnekleri yaratıldı: Büyük elektron-pozitron çarpıştırıcısı, İsviçre hızlandırıcısı, Almanya, ABD. Hepsinin ortak bir amacı vardı - kuarkların temel parçacıklarının incelenmesi.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, öncelikle bir İtalyan fizikçinin çabaları sayesinde yaratıldı. Adı Carlo Rubbia, ödüllü Nobel Ödülü. Rubbia, kariyeri boyunca Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü'nde direktör olarak çalıştı. Tam olarak araştırma merkezinin bulunduğu yerde bir hadron çarpıştırıcısı inşa etmeye ve başlatmaya karar verildi.

Hadron çarpıştırıcısı nerede?

Çarpıştırıcı, İsviçre ve Fransa arasındaki sınırda bulunuyor. Çevresi 27 kilometredir, bu yüzden büyük denir. Hızlandırıcı halkası 50 metreden 175 metreye kadar derine iner. Çarpıştırıcıda 1232 mıknatıs var. Süper iletkendirler, yani üretmek için kullanılabilirler. maksimum alan hız aşırtma için, çünkü bu tür mıknatıslardaki enerji maliyetleri pratikte 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 soğutulmalıdır. Bunun için 12 milyon litre sıvı nitrojen ile 1,7 K sıcaklık korunur. Ayrıca soğutma için 700 bin litre kullanılır ve en önemlisi normal atmosfer basıncının on katı olan basınç kullanılır.

Santigrat ölçeğinde 1,7 K sıcaklık -271 derecedir. Böyle bir sıcaklık, fiziksel bir cismin sahip olabileceği minimum olası sınıra neredeyse yakındır.

Tünelin içi daha az ilginç değil. Süper iletken özelliklere sahip niyobyum-titanyum kablolar vardır. Uzunlukları 7600 kilometredir. Kabloların toplam ağırlığı 1200 tondur. Kablonun içi, toplam mesafesi 1,5 milyar kilometre olan 6300 telden oluşan bir arapsaçıdır. Bu uzunluk 10 astronomik birime eşittir. Örneğin, bu tür 10 birime eşittir.

Coğrafi konumu hakkında konuşursak, çarpıştırıcının halkalarının Fransız tarafında bulunan Saint-Genis ve Fornay-Voltaire şehirleri ile İsviçre tarafında Meyrin ve Vessourat arasında olduğunu söyleyebiliriz. PS adı verilen küçük bir halka, çap olarak sınır boyunca uzanır.

varoluşun anlamı

Hadron çarpıştırıcısı ne işe yarar sorusuna cevap verebilmek için bilim adamlarına başvurmak gerekiyor. Birçok bilim adamı, bunun bilimin tüm varoluş dönemindeki en büyük buluş olduğunu ve onsuz, bugün bildiğimiz bilimin bir anlam ifade etmediğini söylüyor. Büyük Hadron Çarpıştırıcısının varlığı ve fırlatılması ilginçtir çünkü parçacıklar hadron çarpıştırıcısında çarpıştığında bir patlama meydana gelir. Tüm en küçük parçacıklar farklı yönlere dağılır. Birçok şeyin varlığını ve anlamını açıklayabilecek yeni parçacıklar oluşur.

Bilim adamlarının bu çarpışan parçacıklarda bulmaya çalıştıkları ilk şey, fizikçi Peter Higgs'in teorik olarak öngördüğü, bu şaşırtıcı parçacık, inanıldığı gibi bir bilgi taşıyıcısıdır adlı temel parçacıktı. Aynı zamanda yaygın olarak "Tanrı'nın parçacığı" olarak da adlandırılır. Keşfi, bilim insanlarını evreni anlamaya yaklaştırır. 2012'de 4 Temmuz'da Hadron Çarpıştırıcısının (fırlatma kısmen başarılı oldu) benzer bir parçacığı tespit etmeye yardımcı olduğu belirtilmelidir. Bugüne kadar, bilim adamları onu daha ayrıntılı olarak incelemeye çalışıyorlar.

Ne kadardır...

Tabii ki, bilim adamlarının bu parçacıkları neden bu kadar uzun süredir inceledikleri sorusu hemen ortaya çıkıyor. Bir cihaz varsa, onu çalıştırabilirsiniz ve her seferinde daha fazla yeni veri alırsınız. Gerçek şu ki, hadron çarpıştırıcısının çalışması pahalı bir zevktir. Bir fırlatma çok pahalıya mal olur. Örneğin, yıllık tüketim enerji 800 milyon kW/saate eşittir. Bu miktarda enerji, ortalama standartlara göre yaklaşık 100.000 kişilik bir şehir tarafından tüketilmektedir. Ve bu bakım maliyetlerini saymıyor. Diğer bir neden de Hadron Çarpıştırıcısı'nda protonlar çarpıştığında meydana gelen patlamanın büyük miktarda veri elde etmekle ilişkili olmasıdır: bilgisayarlar o kadar çok bilgi okur ki işlenmesi çok zaman alır. Bilgi alan bilgisayarların gücü, günümüz standartlarına göre bile büyük olmasına rağmen.

Bir sonraki neden daha az bilinen değil: Çarpıştırıcıyla bu yönde çalışan bilim adamları, tüm evrenin görünür spektrumunun sadece %4 olduğundan eminler. Kalanların karanlık madde ve karanlık enerji olduğu varsayılmaktadır. Deneysel olarak bu teorinin doğru olduğunu kanıtlamaya çalışıyor.

Hadron çarpıştırıcısı: lehine veya aleyhine

Gelişmiş karanlık madde teorisi, hadron çarpıştırıcısının varlığının güvenliğini sorguladı. Soru ortaya çıktı: "Hadron çarpıştırıcısı: lehine mi aleyhine mi?" Birçok bilim insanını endişelendirdi. Dünyanın bütün büyük zihinleri iki kategoriye ayrılır. "Karşıtlar", eğer böyle bir madde varsa, o zaman zıt bir parçacığı olması gerektiğine dair ilginç bir teori öne sürdüler. Ve hızlandırıcıda parçacıklar çarpıştığında karanlık bir kısım ortaya çıkıyor. Karanlık kısım ile gördüğümüz kısmın çarpışması riski vardı. O zaman tüm evrenin ölümüne yol açabilir. Ancak Hadron Çarpıştırıcısı'nın ilk fırlatılmasından sonra bu teori kısmen kırıldı.

Bir sonraki önemde evrenin patlaması ya da daha doğrusu doğumdur. Bir çarpışma sırasında, evrenin varoluşunun ilk saniyelerinde nasıl davrandığını gözlemleyebileceğine inanılıyor. Big Bang'in kökenine nasıl baktığı. Parçacık çarpışma sürecinin, evrenin doğuşunun en başında olana çok benzer olduğuna inanılıyor.

Bilim adamlarının test ettiği eşit derecede harika bir başka fikir de egzotik modeller. İnanılmaz görünüyor, ancak bizim gibi insanlarla birlikte başka boyutlar ve evrenler olduğunu öne süren bir teori var. Ve garip bir şekilde, hızlandırıcı burada da yardımcı olabilir.

Basitçe söylemek gerekirse, hızlandırıcının varoluş amacı, evrenin ne olduğunu, nasıl yaratıldığını anlamak, parçacıklar ve ilgili fenomenler hakkında mevcut tüm teorileri kanıtlamak veya çürütmektir. Elbette bu yıllar alacak ama her lansmanda bilim dünyasını alt üst eden yeni keşifler ortaya çıkıyor.

Hızlandırıcı hakkında gerçekler

Hızlandırıcının parçacıkları ışık hızının %99'una kadar hızlandırdığını herkes bilir, ancak bu oranın ışık hızının %99,99999991'i olduğunu pek kimse bilmez. Bu muhteşem figür, mükemmel tasarım ve güçlü ivme mıknatısları sayesinde anlamlıdır. Dikkat edilmesi gereken daha az bilinen bazı gerçekler de vardır.

İki ana dedektörün her birinden gelen yaklaşık 100 milyon veri akışı, 100.000'den fazla CD'yi saniyeler içinde doldurabilir. Sadece bir ayda, disklerin sayısı öyle bir yüksekliğe ulaşacaktı ki, eğer bir ayak şeklinde katlansalar, aya ulaşmak için yeterli olacaktı. Bu nedenle, dedektörlerden gelen tüm verilerin değil, yalnızca alınan veriler için bir filtre görevi gören veri toplama sisteminin kullanımına izin verecek verilerin toplanmasına karar verildi. Patlama anında meydana gelen sadece 100 olayın kaydedilmesine karar verildi. Bu olaylar, hızlandırıcının da bulunduğu Avrupa Temel Parçacık Fiziği Laboratuvarı'nda bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı sisteminin bilgisayar merkezinin arşivine kaydedilecek. Kaydedilen olaylar kaydedilmeyecek, ancak bilim camiasını en çok ilgilendiren olaylar kaydedilecektir.

Rötuş

Yazdıktan sonra yüzlerce kilobayt veri işlenecektir. Bunun için CERN'de bulunan iki binden fazla bilgisayar kullanılıyor. Bu bilgisayarların görevi, birincil verileri işlemek ve onlardan daha fazla analiz için uygun olacak bir temel oluşturmaktır. Ayrıca, oluşturulan veri akışı GRID bilgisayar ağına gönderilecektir. Bu internet ağı, dünya çapında farklı kurumlarda bulunan binlerce bilgisayarı bir araya getiriyor, üç kıtada bulunan yüzden fazla büyük merkezi birbirine bağlıyor. Bu tür tüm merkezler, maksimum veri aktarım hızları için fiber optik kullanılarak CERN'e bağlanır.

Gerçeklerden bahsetmişken, yapının fiziksel göstergelerinden de bahsetmeliyiz. Hızlandırıcı tüneli yatay düzlemden %1.4 uzakta. Bu, öncelikle hızlandırıcı tünelin çoğunu monolitik bir kayaya yerleştirmek için yapıldı. Böylece karşılıklı kenarlardaki yerleştirme derinliği farklıdır. Cenevre yakınlarında bulunan gölün kenarından sayarsanız, derinlik 50 metre olacaktır. Karşı kısım ise 175 metre derinliğe sahiptir.

ilginç olan şu ki Ay evreleri hızlandırıcıyı etkiler. Böyle uzak bir nesnenin böyle bir mesafede nasıl hareket edebileceği anlaşılıyor. Ancak, dolunay sırasında gelgit meydana geldiğinde, Cenevre bölgesindeki arazinin 25 santimetre kadar yükseldiği gözlemlendi. Bu çarpıştırıcının uzunluğunu etkiler. Böylece uzunluk 1 milimetre artar ve ışın enerjisi de %0.02 oranında değişir. Işın enerjisinin kontrolünün %0,002'ye inmesi gerektiğinden, araştırmacıların bu fenomeni hesaba katmaları gerekir.

Ayrıca ilginç olan, çarpıştırıcı tünelinin pek çok kişinin düşündüğü gibi bir daire değil, sekizgen şeklinde olmasıdır. Kısa bölümler nedeniyle köşeler oluşur. Yüklü dedektörlerin yanı sıra hızlanan parçacıkların ışınını kontrol eden bir sistem içerirler.

Yapı

Lansmanı birçok detayın kullanıldığı ve bilim insanlarının heyecanını içeren Hadron Çarpıştırıcısı inanılmaz bir cihaz. Tüm hızlandırıcı iki halkadan oluşur. Küçük halka, Proton Synchrotron veya kısaltmaları kullanmak gerekirse, PS olarak adlandırılır. Büyük halka Proton Super Synchrotron veya SPS'dir. Birlikte, iki halka, ışık hızının %99,9'una kadar olan parçaları dağıtmayı mümkün kılar. Çarpıştırıcı aynı zamanda protonların enerjisini de artırarak toplam enerjilerini 16 kat artırır. Ayrıca parçacıkların birbirleriyle yaklaşık 30 milyon kez/sn çarpışmasına izin verir. 10 saat içinde. 4 ana dedektör saniyede en az 100 terabayt dijital veri üretir. Verilerin elde edilmesi bireysel faktörlerden kaynaklanmaktadır. Örneğin, negatif olan temel parçacıkları tespit edebilirler. elektrik şarjı, ve ayrıca yarım spin var. Bu parçacıklar kararsız olduklarından, doğrudan algılanmaları imkansızdır, yalnızca ışın eksenine belirli bir açıyla uçacak olan enerjilerini algılamak mümkündür. Bu aşamaya ilk çalıştırma seviyesi denir. Bu aşama, uygulama mantığının gömülü olduğu 100'den fazla özel veri işleme panosu tarafından denetlenir. Çalışmanın bu kısmı, veri toplama döneminde saniyede 100 binden fazla veri bloğunun seçilmesiyle karakterize edilir. Bu veriler daha sonra daha yüksek seviyeli bir motor kullanılarak gerçekleştirilen analiz için kullanılacaktır.

Bir sonraki seviyenin sistemleri, aksine, dedektörün tüm akışlarından bilgi alır. Dedektör yazılımı ağa bağlıdır. Orada sonraki veri bloklarını işlemek için çok sayıda bilgisayar kullanacak, bloklar arasındaki ortalama süre 10 mikrosaniyedir. Programların orijinal noktalara karşılık gelen parçacık işaretleri oluşturması gerekecektir. Sonuç, bir olay sırasında ortaya çıkan momentum, enerji, yörünge ve diğerlerinden oluşan oluşturulmuş bir veri seti olacaktır.

Hızlandırıcı Parçaları

Tüm hızlandırıcı 5 ana bölüme ayrılabilir:

1) Elektron-pozitron çarpıştırıcısının hızlandırıcısı. Detay, süper iletken özelliklere sahip yaklaşık 7 bin mıknatıs. Onların yardımıyla, kiriş halka şeklindeki tünel boyunca yönlendirilir. Ayrıca ışını, genişliği bir saçın genişliğine azalacak olan bir akışa odaklarlar.

2) Kompakt müonik solenoid. için tasarlanmış bir dedektördür. genel amaçlı. Böyle bir dedektörde yeni fenomenler ve örneğin Higgs parçacıkları için aramalar yapılmaktadır.

3) LHCb dedektörü. Bu cihazın önemi, kuarkları ve onların zıt parçacıklarını - antikuarkları - arayışında yatmaktadır.

4) ATLAS toroidal kurulumu. Bu dedektör müonları tespit etmek için tasarlanmıştır.

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

Hadron Çarpıştırıcısını başlatma sorunları

varlığı gerçeğine rağmen yüksek teknoloji hata olasılığını dışlar, pratikte her şey farklıdır. Hızlandırıcının montajı sırasında, gecikmelerin yanı sıra arızalar da oldu. Bu durumun beklenmedik bir durum olmadığını söylemek gerekir. Cihaz o kadar çok nüans içeriyor ve o kadar kesinlik gerektiriyor ki bilim adamları da benzer sonuçlar bekliyordu. Örneğin, fırlatma sırasında bilim adamlarının karşılaştığı sorunlardan biri, proton ışınlarını çarpışmadan hemen önce odaklayan mıknatısın arızalanmasıydı. Bu ciddi kazaya, mıknatısın süper iletkenliğini kaybetmesi nedeniyle bağlantı parçasının bir kısmının tahrip olması neden oldu.

Bu sorun 2007'de başladı. Bu nedenle, çarpıştırıcının lansmanı birkaç kez ertelendi ve sadece Haziran ayında fırlatma gerçekleşti, neredeyse bir yıl sonra çarpıştırıcı hala başladı.

Çarpıştırıcının son lansmanı başarılı oldu ve birçok terabayt veri toplandı.

5 Nisan 2015'te fırlatılan Hadron Çarpıştırıcısı başarıyla çalışıyor. Ay boyunca, kirişler halkanın etrafında dönecek ve gücü kademeli olarak artıracaktır. Araştırmanın böyle bir amacı yoktur. Işın çarpışma enerjisi artacaktır. Değer 7 TeV'den 13 TeV'ye yükseltilecek. Böyle bir artış, parçacıkların çarpışmasında yeni olasılıkları görmemizi sağlayacaktır.

2013 ve 2014'te tüneller, hızlandırıcılar, dedektörler ve diğer ekipmanların ciddi teknik incelemeleri yapıldı. Sonuç, süper iletken bir işleve sahip 18 çift kutuplu mıknatıs oldu. Unutulmamalıdır ki toplam sayısı 1232 adettir. Ancak kalan mıknatıslar da gözden kaçmadı. Geri kalanında soğutma koruma sistemleri değiştirildi ve iyileştirilmiş sistemler takıldı. Mıknatısların soğutma sistemi de iyileştirildi. Bu, maksimum güçle düşük sıcaklıklarda kalmalarını sağlar.

Her şey yolunda giderse, hızlandırıcının bir sonraki lansmanı sadece üç yıl içinde gerçekleşecek. Bu süreden sonra, çarpıştırıcının teknik incelemesini iyileştirmek için planlı çalışmalar planlanmaktadır.

Onarımların maliyet dahil değil, bir kuruşa mal olduğu belirtilmelidir. Hadron çarpıştırıcısı, 2010 itibariyle 7,5 milyar Euro'ya eşit bir fiyata sahip. Bu rakam, tüm projeyi bilim tarihinin en pahalı projeleri listesinin başına getiriyor.

Dünyanın en güçlü çarpışan parçacık hızlandırıcısı

Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) tarafından İsviçre ve Fransa sınırında 27 kilometre uzunluğunda 50-175 metre derinlikte bir yeraltı tünelinde inşa edilen dünyanın en güçlü çarpışan ışın hızlandırıcısı. LHC 2008 sonbaharında piyasaya sürüldü, ancak bir kaza nedeniyle üzerinde deneyler sadece Kasım 2009'da başladı ve tasarım kapasitesine Mart 2010'da ulaştı. Çarpıştırıcının fırlatılması sadece fizikçilerin değil, sıradan insanların da dikkatini çekti, çünkü medyada çarpıştırıcıdaki deneylerin dünyanın sonunu getirebileceğine dair korkular dile getirildi. Temmuz 2012'de LHC, Higgs bozonu olma olasılığı yüksek bir parçacığın keşfini duyurdu - varlığı, maddenin yapısının Standart Modelinin doğruluğunu doğruladı.

arka fon

İlk kez, 20. yüzyılın sonlarında bilimde parçacık hızlandırıcıları maddenin özelliklerini incelemek için kullanılmaya başlandı. İlk halka hızlandırıcı, siklotron, 1931'de 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: lityumun protonlarla bombardıman edilmesiyle helyum elde edildi. Parçacık hızlandırıcıları, hızlandırmak (çoğu durumda ışık hızına yakın hızlara) ve yüklü parçacıkları (elektronlar, protonlar veya daha ağır iyonlar gibi) belirli bir yolda tutmak için kullanılan elektrik alanlarından güç alır. Hızlandırıcıların en basit ev örneği, elektron ışını tüplü televizyonlardır,,,,,.

Hızlandırıcılar, süper ağır elementlerin üretimi de dahil olmak üzere çeşitli deneyler için kullanılır. Temel parçacıkları incelemek için çarpıştırıcılar da kullanılır (çarpışmadan - "çarpışmadan") - çarpışmalarının ürünlerini incelemek için tasarlanmış çarpışan kirişlerde yüklü parçacık hızlandırıcıları. Bilim adamları, kirişlere büyük kinetik enerjiler verir. Çarpışmalar, daha önce bilinmeyen yeni parçacıklar üretebilir. Görünümlerini yakalamak için özel dedektörler tasarlanmıştır. 1990'ların başında, en güçlü çarpıştırıcılar ABD ve İsviçre'de faaliyet gösteriyordu. 1987 yılında, Tevatron çarpıştırıcısı Amerika Birleşik Devletleri'nde Chicago yakınlarında, maksimum 980 gigaelektronvolt (GeV) ışın enerjisiyle fırlatıldı. 6,3 kilometre uzunluğunda bir yeraltı halkasıdır. 1989'da Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı (LEP), Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi'nin (CERN) himayesinde İsviçre'de faaliyete geçti. Onun için, Cenevre Gölü vadisinde 50-175 metre derinlikte, 26.7 kilometre uzunluğunda dairesel bir tünel inşa edildi, 2000 yılında 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) için bir proje oluşturuldu. yüksek enerji(IHEP) Protvino'da. Çoğu parametrede LEP ve Tevatron'u geride bırakabilirdi ve temel parçacıkların ışınlarını 3 teraelektronvolt (TeV) enerjiyle hızlandırmayı mümkün kılabilirdi. 21 kilometre uzunluğundaki ana halkası 1994'te yeraltına inşa edildi, ancak kaynak yetersizliği nedeniyle proje 1998'de donduruldu, Protvino'da inşa edilen tünel güvenilmezdi (yalnızca üst aşamanın unsurları tamamlandı) ve baş mühendis projenin, Gennady Durov, ABD'de çalışmak için ayrıldı , , , , , , , . Bazı Rus bilim adamlarına göre, UNK tamamlanıp faaliyete geçseydi, daha güçlü çarpıştırıcılar yaratmaya gerek kalmayacaktı, , : dünya düzeninin fiziksel temelleri hakkında yeni veriler elde etmek için önerildi: hızlandırıcılarda 1 TeV enerji eşiğini aşmak yeterli olacaktır. Moskova Devlet Üniversitesi Nükleer Fizik Araştırma Enstitüsü Müdür Yardımcısı ve Rus kurumlarının Büyük Hadron Çarpıştırıcısı oluşturma projesine katılımının koordinatörü Viktor Savrin, UNC'yi hatırlatarak şunları söyledi: "Eh, üç teraelektronvolt veya yedi. Ve sonra üç teraelektronvoltlar daha sonra beşe getirilebilir." Bununla birlikte, Amerika Birleşik Devletleri 1993'te kendi Süper İletken Süper Çarpıştırıcısının (SSC) inşasını da terk etti ve finansal nedenlerle,.

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 yüklü parçacıkların dünyanın en güçlü halka hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısının (LHC, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, LHC) yapımı başladı. 14 TeV'e kadar enerjili proton ışınlarının ve 1150 TeV'e kadar çarpışma enerjili kurşun iyonlarının çarpıştığı kirişler , , , , , .

Deneyin hedefleri

LHC'nin inşasının ana amacı, temel parçacıkları ve dört temel etkileşimden üçünü tanımlayan fizikte teorik bir yapı olan Standart Modeli geliştirmek veya çürütmekti: yerçekimi hariç, güçlü, zayıf ve elektromanyetik. Standart Modelin oluşumu 1960-1970'lerde tamamlandı ve o zamandan beri yapılan tüm keşifler, bilim adamlarına göre, bu teorinin doğal uzantıları ile tanımlandı. Aynı zamanda, Standart Model, temel parçacıkların nasıl etkileşime girdiğini açıkladı, ancak neden bu şekilde ve başka türlü olmadığı sorusuna cevap vermedi.

Bilim adamları, LHC'nin Higgs bozonunu keşfetmeyi başaramaması durumunda (basında bazen "Tanrı parçacığı" olarak adlandırılıyordu, , ) - bunun, tam bir revizyon gerektirecek olan tüm Standart Modeli sorguya çekeceğini belirtti. temel parçacıklar hakkında mevcut fikirler , , , , . Aynı zamanda, Standart Model doğrulanırsa, 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 tünelde bulunur. Çoğu Fransa toprakları altında yatıyor. Tünel, neredeyse tüm uzunlukları boyunca paralel uzanan ve hadronların - kuarklardan oluşan parçacıkların - çarpışacağı (çarpışmalar için kurşun iyonları ve protonlar kullanılacaktır) dedektörlerin konumlarında kesişen iki boru içerir. Protonlar, LHC'nin kendisinde değil, yardımcı hızlandırıcılarda hızlanmaya başlar. Proton ışınları, LINAC2 lineer hızlandırıcıda, ardından PS hızlandırıcıda "başlar", ardından 6.9 kilometre uzunluğundaki süper proton senkrotronunun (SPS) halkasına girerler ve bundan sonra LHC tüplerinden birine girerler, burada diğeri 20 dakikada 7 TeV'e kadar enerji verilecektir. Kurşun iyonlarıyla deneyler, LINAC3 lineer hızlandırıcıda başlayacak. Kirişler, çoğu 27 ton ağırlığa sahip 1.600 süper iletken mıknatıs tarafından yerinde tutulur. Bu mıknatıslar, sıvı helyum ile ultra düşük bir sıcaklığa soğutulur: mutlak sıfırın 1,9 derece üzerinde, daha soğuk boş alan , , , , , , , .

Işık hızının yüzde 99.9999991'i hızında, çarpıştırıcı halkasının etrafında saniyede 11 binden fazla daire çizen protonlar, LHC'nin en karmaşık sistemleri olan dört dedektörden birinde çarpışacaktır. ATLAS dedektörü, bilim adamlarına Standart Modelden farklı "yeni fizik" araması için yollar önerebilecek yeni bilinmeyen parçacıkları aramak için tasarlanmıştır. CMS dedektörü, Higgs bozonunu elde etmek ve çalışmak için tasarlanmıştır. karanlık madde. ALICE dedektörü, Big Bang'den sonra maddeyi incelemek ve kuark-gluon plazmasını aramak için tasarlanmıştır ve LHCb dedektörü, maddenin antimaddeye göre yaygınlığının nedenini araştıracak ve b-kuarkların fiziğini keşfedecektir. Gelecekte üç dedektörün daha devreye alınması planlanmaktadır: TOTEM, LHCf ve MoEDAL, .

LHC'deki deneylerin sonuçlarını işlemek için, dünyanın dört bir yanındaki 11 bilgisayar merkezine saniyede 10 gigabit'e kadar bilgi iletebilen özel bir dağıtılmış bilgisayar ağı GRID kullanılacaktır. Her yıl dedektörlerden 15 petabayttan (15 bin terabayt) fazla bilgi okunacaktır: dört deneyin toplam veri akışı saniyede 700 megabayta ulaşabilir, , , , . Eylül 2008'de bilgisayar korsanları CERN web sayfasına girmeyi ve onlara göre çarpıştırıcının yönetimine erişmeyi başardılar. Ancak CERN personeli, LHC kontrol sisteminin internetten izole edildiğini açıkladı. Ekim 2009'da LHC'de LHCb deneyi üzerinde çalışan bilim adamlarından Adlen Ishor, teröristlerle işbirliği yaptığı şüphesiyle tutuklandı. Ancak CERN yönetimine göre, Ishor çarpıştırıcının yer altı tesislerine erişimi yoktu ve teröristlerin ilgisini çekebilecek hiçbir şey yapmadı. Mayıs 2012'de Ishor beş yıl hapis cezasına çarptırıldı.

Maliyet ve inşaat geçmişi

1995 yılında, LHC'yi yaratmanın maliyeti, deney yapma maliyeti hariç, 2,6 milyar İsviçre Frangı olarak tahmin edildi. Deneylerin 10 yıl içinde - 2005'te başlaması planlandı. 2001 yılında, CERN bütçesi kesildi ve inşaat maliyetine 480 milyon frank eklendi (projenin o zamanki toplam maliyeti yaklaşık 3 milyar franktı) ve bu, çarpıştırıcının fırlatılmasının 2007 yılına kadar ertelenmesine neden oldu. 2005 yılında, LHC'nin inşası sırasında bir mühendis öldü: trajedinin nedeni bir vinçten düşen bir yüktü.

LHC'nin piyasaya sürülmesi, yalnızca finansman sorunları nedeniyle ertelenmedi. 2007 yılında, Fermilab tarafından süper iletken mıknatıslar için sağlanan parçaların tasarım gereksinimlerini karşılamadığı ortaya çıktı ve bu da çarpıştırıcının fırlatılmasının bir yıl ertelenmesine neden oldu.

10 Eylül 2008'de ilk proton ışını LHC'de başlatıldı. Birkaç ay içinde çarpıştırıcıda ilk çarpışmaların yapılması planlandı, ancak 19 Eylül'de, iki süper iletken mıknatısın hatalı bağlantısı nedeniyle, LHC'de bir kaza meydana geldi: mıknatıslar devre dışı bırakıldı, 6'dan fazla tünele tonlarca sıvı helyum döküldü ve hızlandırıcı borulardaki vakum kırıldı. Çarpıştırıcının onarım için kapatılması gerekiyordu. Kazaya rağmen, 21 Eylül 2008'de LHC'nin faaliyete geçmesi için ciddi bir tören düzenlendi. Başlangıçta, deneylere Aralık 2008'de devam edilecekti, ancak daha sonra yeniden başlatma tarihi Eylül'e ve ardından Kasım 2009'un ortasına ertelendi, ilk çarpışmaların sadece 2010'da yapılması planlandı. Kazadan sonra LHC halkasının bir kısmındaki kurşun iyonları ve proton demetlerinin ilk deneme başlatmaları 23 Ekim 2009'da yapıldı. 23 Kasım'da ATLAS dedektöründe ilk ışın çarpışmaları yapıldı ve 31 Mart 2010'da çarpıştırıcı tam kapasite çalışmaya başladı: o gün 7 TeV rekor enerjide proton ışınlarının çarpışması kaydedildi. Nisan 2012'de daha da yüksek bir proton çarpışma enerjisi kaydedildi - 8 TeV.

2009 yılında, LHC'nin maliyetinin 3,2 ila 6,4 milyar avro arasında olduğu tahmin edildi ve bu da onu insanlık tarihinin en pahalı bilimsel deneyi haline getirdi.

uluslararası işbirliği

LHC ölçeğinde bir projenin tek bir ülke tarafından oluşturulamayacağına dikkat çekildi. Sadece 20 CERN üye devletinin çabalarıyla oluşturulmadı: Yüzden fazla ülkeden 10.000'den fazla bilim insanı geliştirilmesinde yer aldı. Dünya, , . 2009'dan beri, LHC projesi CERN CEO'su Rolf-Dieter Heuer tarafından yönetiliyor. Rusya ayrıca CERN'in gözlemci üyesi olarak LHC'nin oluşturulmasında 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 deneylerde yer alma fırsatını neredeyse kaybetti. Mayıs 2009'da Avusturya Bilim Bakanı Johannes Hahn, CERN üyeliğinin ve LHC oluşturma programına katılımın çok maliyetli olduğunu ve Avusturya'daki bilime ve üniversitelere somut getiriler getirmediğini açıklayarak ülkenin 2010 yılında CERN'den çekildiğini duyurdu. Bu, CERN bütçesinin yüzde 2,2'sini ve Avusturya hükümeti tarafından uluslararası araştırma kuruluşlarına katılım için tahsis edilen fonların yaklaşık yüzde 70'ini temsil eden yaklaşık 20 milyon Euro'luk olası yıllık tasarrufla ilgiliydi. Avusturya, geri çekilme konusundaki nihai kararı 2009 sonbaharında vereceğine söz verdi. Ancak daha sonra Avusturya Şansölyesi Werner Faymann, ülkesinin projeden ve CERN'den ayrılmayacağını söyledi.

Tehlike söylentileri

Basında, LHC'nin piyasaya sürülmesinin dünyanın sonuna yol açabileceğinden beri insanlık için bir tehlike olduğu söylentileri dolaştı. Bunun nedeni, bilim adamlarının çarpıştırıcıdaki çarpışmaların bir sonucu olarak mikroskobik kara deliklerin oluşabileceği açıklamalarıydı: görüşler hemen tüm Dünya'yı içlerinde "emebilecekleri" ve bu nedenle LHC'nin gerçek bir "Pandora'nın kutusu" olduğu ortaya çıktı , , , . Higgs bozonunun keşfinin Evren'deki kütlede kontrolsüz bir artışa yol açacağı ve "karanlık madde" arama deneylerinin "gariplerin" ortaya çıkmasına yol açabileceğine dair görüşler de ifade edildi. Rusça, astronom Sergei Popov'a aittir) - "garip madde", sıradan madde ile temas ettiğinde onu bir "kayışa" dönüştürebilir. Aynı zamanda Kurt Vonnegut'un (Kurt Vonnegut) kurgusal materyali "buz-dokuz" gezegendeki yaşamı yok ettiği "Kedi Beşiği" adlı romanıyla bir karşılaştırma yapıldı. Bazı yayınlar, bireysel bilim adamlarının görüşlerine atıfta bulunarak, LHC'deki deneylerin zamanla "solucan deliklerinin" (solucan delikleri) ortaya çıkmasına yol açabileceğini, bu sayede parçacıkların ve hatta canlıların gelecekten dünyamıza transfer edilebileceğini, . Bununla birlikte, bilim adamlarının sözlerinin gazeteciler tarafından çarpıtıldığı ve yanlış yorumlandığı ortaya çıktı: başlangıçta "sadece bireysel temel parçacıkların geçmişe seyahat edebileceği mikroskobik zaman makineleri hakkındaydı".

Bilim adamları defalarca bu tür olayların olasılığının ihmal edilebilir olduğunu belirttiler. Hatta LHC'deki deneylerin yol açabileceği felaketlerin olasılığı hakkında bir analiz yapan ve bir rapor yayınlayan özel bir LHC Güvenlik Değerlendirme Grubu bile kuruldu. Bilim adamlarına göre, LHC'deki proton çarpışmaları, astronotların uzay giysileriyle kozmik ışınların çarpışmalarından daha tehlikeli olmayacak: bazen LHC'de elde edilebilecek enerjiden bile daha fazla enerjiye sahipler. Ve varsayımsal kara deliklere gelince, çarpıştırıcının duvarlarına bile ulaşmadan "çözülecekler" , , , , , .

Ancak, olası felaketlerin söylentileri halkı hala merakta tutuyordu. Çarpıştırıcının yaratıcılarına bile dava açıldı: en ünlü davalar Amerikalı avukat ve doktor Walter Wagner ve Alman kimya profesörü Otto Rossler'e aitti. CERN'i deneyleriyle insanlığı tehlikeye atmak ve İnsan Hakları Sözleşmesi tarafından garanti edilen "yaşam hakkını" ihlal etmekle suçladılar, ancak iddialar , , , tarafından reddedildi. Basın, Hindistan'da LHC'nin piyasaya sürülmesinden sonra dünyanın sonunun yaklaştığına dair söylentiler nedeniyle 16 yaşındaki bir kızın intihar ettiğini bildirdi.

Rus blogosferinde, "Bu dünyanın sonu olurdu, bu rezalete daha fazla bakmak imkansız" olarak çevrilebilecek "Bir çarpıştırıcıya sahip olmayı tercih ederim" bir meme ortaya çıktı. "Fizikçilerin bir geleneği vardır - her 14 milyar yılda bir çarpıştırıcı toplamak ve fırlatmak" şakası popülerdi.

Bilimsel sonuçlar

LHC'deki deneylerden elde edilen ilk veriler Aralık 2009'da yayınlandı. 13 Aralık 2011'de CERN uzmanları, LHC'de yaptıkları araştırmalar sonucunda Higgs bozonunun olası kütlesinin sınırlarını 115.5-127 GeV'a kadar daraltmayı başardıklarını ve istenen parçacığın varlığına dair işaretler bulduklarını açıkladı. yaklaşık 126 GeV kütle. Aynı ay içinde, LHC'deki deneyler sırasında ilk kez χb (3P) olarak adlandırılan Higgs olmayan yeni bir parçacığın keşfi duyuruldu.

4 Temmuz 2012'de CERN liderliği, bilim adamlarına göre büyük olasılıkla Higgs bozonu olan yaklaşık 126 GeV'lik kütle bölgesinde yeni bir parçacığın yüzde 99.99995 olasılığıyla keşfi resmen duyurdu. Bu sonuç, LHC'de çalışan iki bilimsel işbirliğinden birinin başkanı olan Joe Incandela'nın (Joe Incandela) "bu bilim alanındaki son 30-40 yıldaki en büyük gözlemlerden biri" olarak nitelendirdiği ve Peter Higgs'in kendisi "fizikte bir çağın sonu" parçacığının keşfi, , .

Gelecek projeleri

2013 yılında CERN, daha güçlü dedektörler kurarak ve çarpıştırıcının toplam gücünü artırarak LHC'yi modernize etmeyi planlıyor. Yükseltme projesine Süper Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (SLHC) denir. Uluslararası Lineer Çarpıştırıcının (ILC) inşası da planlanıyor. Borusu onlarca kilometre uzunluğunda olacak ve tasarımının pahalı süper iletken mıknatısların kullanılmasını gerektirmediği gerçeğinden dolayı LHC'den daha ucuz olması gerekiyor. ILC'nin Dubna'da inşa edilmesi mümkündür.

Ayrıca, ABD ve Japonya'dan bazı CERN uzmanları ve bilim adamları, LHC'nin çalışmasının tamamlanmasından sonra yeni bir Çok Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (Çok Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, VLHC) üzerinde çalışmayı önerdiler.

Kullanılan malzemeler

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

Lucy Christie, Marie Noelle Blessig. Fizik: Decouverte de la "particule de Dieu"? - Agence Fransa-Basın, 04.07.2012

Dennis Overbye. Fizikçiler, Evrenin Anahtarı Olarak Görülen Zor Parçacığı Buluyorlar. - New York Times, 04.07.2012

Adlene Hicheur bir hapishaneyi lanetlesin, acil bir şey yapmayın. - L Ekspres, 04.05.2012

Parçacık çarpıştırıcısı, evreni keşfetme arayışını artırıyor. - Agence Fransa-Basın, 06.04.2012

Jonathan Amos. LHC, ilk yeni parçacığının keşfini bildirdi. - BBC haberleri, 22.12.2011

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

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

Paul Rincon. LHC: Higgs bozonu "bir anlığına görülmüş olabilir". - BBC haberleri, 13.12.2011

Evet yaptık! - CERN Bülteni, 31.03.2010

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

Basın bülteni. Dönen iki ışın, LHC'de ilk çarpışmaları getirir. - 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 Adaçayı. Hadron Çarpıştırıcısı fizikçisi Adlene Hicheur terörle suçlanıyor. - Kere, 13.10.2009

Dennis Overbye. 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 ve daha sonra yükselecek. - CERN (cern.ch), 06.08.2009

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