Hadron Collider: Mwanzo. Kubwa Hadron Collider kwa nini? Wapi?

Historia ya accelerator, ambayo tunajua leo kama Large Hadron Collider kuanza zaidi tangu mwaka wa 2007. Kwanza mkondo wake ilianza na tarehe zake za accelerator ya cyclotron. kifaa ni kifaa kidogo anayeweza kutoshea kwenye meza. Kisha hadithi ya accelerators ina maendeleo kwa kasi. Inaonekana synchrotron na synchrotron.

Katika historia ya labda burudani zaidi na kipindi cha kuanzia 1956 hadi miaka 1957. Wakati huo, Urusi sayansi, hasa fizikia, haikurudi nyuma ndugu wa kigeni. Kwa kutumia kusanyiko uzoefu wa miaka, mwanafizikia Urusi aitwaye Vladimir Veksler alifanya mafanikio katika sayansi. Wao ni synchrotron nguvu zaidi wakati huo iliundwa. uwezo wake wa kufanya kazi na 10 GeV (bilioni 10 elektroni volts). Baada ya ugunduzi huu tayari kuundwa mifano mkubwa wa accelerators: Kubwa Electron-Positron Collider, accelerator Uswisi, Ujerumani, Marekani. Wote una moja ya kawaida lengo - utafiti wa chembechembe msingi ya quarks.

Kubwa Hadron Collider iliundwa kwanza shukrani nafasi ya juhudi za mwanafizikia Italia. Na jina lake lilikuwa Carlo Rubbia, Mshindi wa tuzo la Nobel. Wakati wa shughuli zake Rubbia kazi kama mkurugenzi katika Shirika la Ulaya kwa ajili ya Utafiti wa nyuklia. Ni uamuzi wa kujenga na kuendesha LHC ni kwenye tovuti ya kituo cha utafiti.

Ambapo Hadron Collider?

Collider kuwekwa kwenye mpaka kati ya Uswisi na Ufaransa. Urefu wa mzingo wake ni kilomita 27, na hivyo anaitwa kubwa. accelerator pete inakwenda nyuma ya mita 50 kwa 175. sumaku 1232 ni kuweka Collider. Wao ni superconducting, ambayo ina maana mtu anaweza kuendeleza shamba kiwango cha juu kwa kasi, kwa kuwa gharama za nishati ya sumaku kama hiyo ni karibu mbali. uzito wa jumla ya kila sumaku ni tani 3.5 kwa urefu wa mita 14.3.

Kama kitu chochote kimwili, Large Hadron Collider inazalisha joto. Kwa hiyo, ni muhimu mara kwa mara baridi. Kwa ajili hiyo, joto ni iimarishwe katika 1.7 K kutumia lita milioni 12 za nitrojeni kioevu. Aidha, maji helium (700,000 lita) ni kutumika kwa ajili ya baridi, na muhimu zaidi - shinikizo inatumika, ambayo ni mara kumi chini ya shinikizo la kawaida anga.

Joto 1.7 K centigrade digrii -271. joto hizo ni karibu karibu na sifuri kabisa. Sifuri kabisa inaitwa chini zaidi iwezekanavyo kikomo, ambayo inaweza kuwa na mwili wa kimwili.

sehemu ya ndani ya handaki ni si chini ya kuvutia. Kuna niobamu-titanium superconducting cable na uwezekano. Urefu wao ni kilomita 7600. uzito jumla ya tani 1,200 nyaya. mambo ya ndani ya cable - mishipa ya fahamu ya waya 6300 na umbali jumla ya kilomita bilioni 1.5. urefu huu ni sawa na 10 vya angani. Kwa mfano, umbali kutoka duniani na jua ni 10 kama vipande.

Kama sisi majadiliano juu ya sehemu yake ya kijiografia, inaweza kusemwa kwamba Collider pete uongo kati ya miji ya Saint-Genis na Forno Voltaire iko upande wa Ufaransa, pamoja na Marin na Vessurat - na upande wa Uswizi. Small pete, aitwaye PS, hadi kwenye mpaka wa kipenyo.

sababu ya kuwepo

Ili kujibu swali "Ni nini LHC", unahitaji kurejea kwa wanasayansi. wanasayansi wengi wanasema kuwa ni uzushi mkubwa kwa kipindi chote cha kuwepo kwa sayansi, na sayansi bila, ambayo inajulikana kwa sisi leo, tu haina maana. kuwepo na uzinduzi wa Large Hadron Collider ni ya kuvutia kwa kuwa mgongano wa chembe katika LHC ni mlipuko. chembe wote faini kuwatawanya katika pande tofauti. Kuunda chembe mpya, ambayo inaweza kueleza kuwepo na maana ya watu wengi.

Jambo la kwanza kwamba wanasayansi wamejaribu kupata chembe hizi ilianguka - ni kinadharia alitabiri na mwanafizikia Peter Higgs msingi chembe iitwayo "Higgs boson". Hii chembe stunning ni carrier ya habari, ni kuzingatiwa. Hata hivyo inaitwa "chembe ya Mungu". Ufunguzi ingekuwa hoja wanasayansi kuelewa ulimwengu. Ikumbukwe kuwa mwaka 2012, 4 Julai, Hadron Collider (kuanza yake sehemu ilifanikiwa) ili kusaidia kupata chembe kama hizo. Hadi sasa, wanasayansi ni kujaribu kujifunza kwa kina.

muda gani mapenzi ...

Bila shaka, swali mara moja inatokana, kwa nini ni wanasayansi muda mrefu kujifunza chembe hizo. Kama una kifaa, unaweza kuendesha, na kila wakati kwa risasi data zaidi na zaidi. ukweli kwamba kazi ya LHC - ni radhi gharama kubwa. uzinduzi One gharama kiasi kikubwa. Kwa mfano, matumizi ya nishati ya kila mwaka ni sawa na milioni 800. KW / h. kiasi hiki cha nishati zinazotumiwa mji na idadi ya 100 elfu. Man, katika viwango wastani. Hii haina ni pamoja na gharama za matengenezo. Sababu nyingine - ni kwamba mlipuko LHC ambao hutokea wakati kati ya wafuasi wa protons uwezekano wa kuzalisha kiasi kikubwa cha data: taarifa ya kompyuta-someka ili usindikaji inachukua muda mwingi. Hata licha ya ukweli kwamba nguvu ya kompyuta ambazo kupokea taarifa, hata kubwa kwa viwango vya sasa.

Sababu nyingine - ni hakuna chini maarufu jambo giza. Wanasayansi wanaoshughulikia Collider katika mwelekeo huu, na uhakika kwamba inayoonekana mbalimbali ya ulimwengu ni 4% tu. Ni kudhani kuwa wengine - ni giza jambo na nishati giza. Kimajaribio kujaribu kuthibitisha kwamba nadharia hii ni sahihi.

Hadron Collider maana au dhidi

Kuweka mbele nadharia ya jambo giza kutiliwa shaka usalama wa kuwepo kwa LHC. swali akaondoka: "Hadron Collider maana au dhidi?" Alikuwa na wasiwasi wanasayansi wengi. akili zote kubwa duniani ni kugawanywa katika makundi mawili. "Wapinzani" na kuweka mbele nadharia ya kuvutia kwamba kama jambo kama ipo, basi ni lazima kuwa chembe zake kinyume. Na mgongano wa chembe katika accelerator inaonekana nyeusi sehemu. Kulikuwa na hatari ya sehemu ya giza na sehemu kwamba sisi kuona uso. Kisha unaweza kusababisha kifo cha ulimwengu. Hata hivyo, baada ya kwanza ya kuanza LHC nadharia hii imekuwa nusu yake umevunjika.

Next katika umuhimu suala mlipuko wa ulimwengu, au tuseme - kuzaliwa. Inaaminika kuwa mgongano inaweza kutunzwa jinsi ulimwengu tulipokuwa katika sekunde ya kwanza ya kuwepo. njia yeye anaonekana baada ya asili ya Big Bang. Inaaminika kuwa chembe mgongano mchakato ni sawa na moja kwamba alikuwa katika mwanzo wa kuzaliwa kwa ulimwengu.

Angalau wazo jingine fabulous ambayo wanasayansi kuchunguzwa - ni mifano ya kigeni. Inaonekana ajabu, lakini kuna nadharia ambayo inaashiria kwamba kuna vipimo vingine na universes kama sisi binadamu. Na oddly kutosha, accelerator na wana uwezo wa kusaidia.

Kwa kifupi, madhumuni ya kuwepo kwa accelerator ni kuelewa nini ulimwengu ni, jinsi iliundwa ili kuthibitisha au kukanusha nadharia yoyote sasa wa chembe na mambo yanayohusiana. Bila shaka, itakuwa kuchukua miaka, lakini kwa kila mwanzo, uvumbuzi mpya ambayo kupindua ulimwengu wa sayansi.

Ukweli kuhusu accelerator

Kila mtu anajua kwamba accelerator kuchochea kasi chembe hadi 99% kasi ya mwanga, lakini si watu wengi kujua kwamba asilimia ni sawa na 99.9999991% ya kasi ya mwanga. Hii takwimu ajabu mantiki kwa sababu ya mpango kamili na sumaku zenye nguvu kuongeza kasi. Tunapaswa pia kumbuka baadhi ya mambo kidogo kujulikana.

namba zinazozalishwa katika mgongano wa chembechembe wakati kuongeza kasi

idadi ya protons katika kundi	100 Bln. (1011)
idadi ya mashada	kwa 2808
idadi ya kupita protoni mihimili katika eneo la detector	hadi milioni 31. kanda pili 4
idadi ya migongano chembe katika makutano	20
Volume per data mgongano	1.5 MB
Kiasi chembe Higgs	1 kidogo kila sekunde 2.5 (wakati kiwango kamili ya boriti na kwa mujibu wa mawazo fulani kuhusu tabia za chembe Higgs)

Takriban milioni 100 Mipasho. Data ambayo kuja kutoka kila moja ya detectors kuu mbili zinaweza katika suala la dakika kuisha zaidi ya 100,000 CDs. Katika mwezi mmoja tu idadi ya rekodi kufikia urefu vile kwamba wakati wao kuweka chini katika stack, itakuwa ya kutosha mwezi. Kwa hali hiyo, aliamua kukusanya data yote kutoka detectors, lakini tu wale ambao wanaruhusiwa kutumia mfumo wa ukusanyaji data, ambayo kwa kweli kazi kama filter kwa data. Ilikuwa aliamua kurekodi matukio 100 zilizofanyika wakati wa mlipuko. Kumbukumbu matukio hayo itakuwa archive kituo cha data ya mfumo LHC, ambayo iko katika maabara ya Ulaya kwa ajili ya Fizikia ya Chembe, ambaye pia ni mahali pa nafasi accelerator. Itarekodiwa matukio ambayo wamekuwa kumbukumbu, na wale ambao kuwakilisha jamii ya kisayansi riba kubwa.

aftertreatment

Baada ya kuandika kilobaiti mia ya data ili kuwa processed. Kwa ajili hiyo, kompyuta zaidi ya milioni mbili ziko katika CERN. Madhumuni ya kompyuta hizi ni usindikaji wa data ghafi na malezi ya ngome yao, ambayo itakuwa muhimu kwa ajili ya uchambuzi zaidi. Zaidi ya hayo yanayotokana data mkondo yataelekezwa kwa mtandao wa kompyuta GRID. Mtandao huu wa online unajumuisha maelfu ya kompyuta ambazo ziko katika taasisi mbalimbali duniani kote, hufunga zaidi ya mia moja ya vituo vya kuu, ambayo iko katika mabara matatu. pointi zote kama ni kushikamana na CERN kutumia nyuzi macho - kwa ajili ya kiwango cha juu ya data.

Akizungumza ukweli wa mambo, ni muhimu kutaja pia kuhusu muundo wa viashiria kimwili. Tunnel accelerator ni kupotoka ya 1.4% kutoka ndege usawa. Hii ilifanyika katika nafasi ya kwanza ya kuweka zaidi ya accelerator handaki katika mwamba monolithic. Hivyo kina cha uwekaji kutafautisha ni tofauti. Kama sisi kudhani kutoka ziwa, ambayo iko karibu na Geneva, kina ni mita 50. sehemu tofauti ina kina cha mita 175.

Jambo la kuvutia ni kwamba mwezi mwandamo kuathiri accelerator. Inaweza kuonekana kama kitu mbali wanaweza kutenda kwa mbali. Lakini alibainisha kuwa wakati wa mwezi kamili, wakati kuna kuongezeka wa ardhi katika eneo la Geneva, kupanda kwa kiasi kama 25 sentimita. Hii inaathiri urefu wa Collider. Muda hivyo walioongeza na 1 millimeter, na boriti nishati ni iliyopita na 0.02%. Kwa kuwa nishati ya kudhibiti boriti lazima uliofanyika hadi 0.002%, watafiti lazima kuzingatia jambo hili.

Pia kuvutia ni kwamba Collider handaki ina sura ya octagons badala mduara, na wengi ni. Pembe sumu ya sehemu fupi. Wao ni mpangilio detectors fasta na mfumo ambao itaweza kasi chembe boriti.

muundo

Hadron Collider, uzinduzi ambao ni kuhusishwa na wengi wa maelezo na msisimko wa wanasayansi - kifaa ajabu. accelerator wote ni duara mbili. Small pete kuitwa protoni synchrotron au, kwa matumizi vifupisho - ZAB. Kubwa pete - Super Proton Synchrotron, au SPS. Kwa pamoja pete mbili kuruhusu kugawa sehemu ya 99.9% kasi ya mwanga. Hivyo Collider ongezeko na nishati ya protoni, kuongeza nishati yao ya jumla ya mara 16. Pia inaruhusu chembe yanapogongana na kila mmoja takriban 30 Mill. Wakati / s. kwa saa 10. 4 detectors kuu hupatikana sana sana terabaiti 100 ya data digital kwa sekunde. Kupokea data kutokana na sababu ya mtu binafsi. Kwa mfano, unaweza kugundua chembe ya msingi, ambayo hasi umeme malipo, na kuwa na nusu ya spin. Kwa kuwa chembe hizi ni imara, basi moja kwa moja kugundua yao haiwezekani inawezekana kuchunguza nishati yao tu kuwa lilio kwa pembeni baadhi ya mhimili boriti. Hatua hii inaitwa kwanza trigger ngazi. Hatua hii ni ikifuatiwa na kadi zaidi ya 100 maalum data, ambayo ni jumuishi katika utekelezaji mantiki. Sehemu hii ni sifa kwa kuwa wakati wa kupokea data ni uteuzi wa data vitalu zaidi ya 100 tysyach katika moja ya pili. Kisha, takwimu hizi hutumiwa kwa ajili ya uchambuzi, ambayo hutokea kwa kutumia utaratibu wa ngazi ya juu.

Next Level Systems, kinyume chake, kupokea taarifa kutoka kati yake detector. Programu detector kazi katika mtandao. Kuna itakuwa kutumia idadi kubwa ya kompyuta mchakato baadae data vitalu, wakati wastani kati ya vitalu ya - microseconds 10. Mipango unahitaji kujenga alama ya chembe, sawa kwa uhakika wa awali. Matokeo yake ni mkusanyiko wa data sumu yenye kasi, nishati, na njia nyingine ambazo akaondoka wakati wa tukio moja.

sehemu accelerator

accelerator yote yanaweza kugawanywa katika sehemu 5 kuu:

1) elektroni-positron accelerator Collider. sehemu ni kuhusu 7 tysyach sumaku na mali superconducting. Nao hutokea kwa njia ya uongozi annular handaki boriti. Na pia wao kuzingatia boriti mtiririko mtu ambaye upana itapungua na upana wa nywele moja.

2) Compact muon solenoid. detector hii imeundwa kwa lengo ujumla. Katika mazingira kama hayo detector wanatafuta mambo mapya na, kwa mfano, kutafuta Higgs chembe.

3) Detector LHCb. Umuhimu wa kifaa hiki ni kutafuta quarks na chembe kupinga kwao - antiquarks.

4) toroidal ufungaji ATLAS. detector hii imeundwa kwa ajili kuwabainishia muons.

5) Alice. detector hii Ukamataji colliding ioni risasi, na protoni-protoni migongano.

Matatizo ya kuanza LHC

Licha ya ukweli kwamba uwepo wa teknolojia ya juu huondoa uwezekano wa makosa katika mazoezi ya kila kitu ni tofauti. Wakati wa kuchelewa, pamoja na kushindwa wakati wa mkutano accelerator. Lazima niseme kwamba hali hii zisizotarajiwa haikuwa hivyo. kifaa ina nuances wengi na inahitaji usahihi kiasi kwamba wanasayansi wanatarajia matokeo sawa. Kwa mfano, moja ya matatizo ambayo wanakabiliwa wanasayansi wakati wa uzinduzi - kukataa ya sumaku, ambayo ililenga mihimili ya protoni mara moja kabla ya mgongano. Ajali hii kubwa ilisababishwa na uharibifu wa mlima kutokana na upungufu wa superconducting sumaku.

Tatizo hili akaondoka mwaka 2007. Kwa sababu ya hiyo, uzinduzi wa Collider kuahirishwa mara kadhaa, na katika Juni uzinduzi ulifanyika, karibu mwaka Collider bado kuanza.

uzinduzi wa mwisho wa Collider ilifanikiwa, ni inakusanya terabaiti wengi ya data.

Hadron Collider, uzinduzi wa yaliyofanyika katika Aprili 5, 2015, kwa mafanikio kazi. Wakati wa mwezi wa mihimili mapenzi baada kuzunguka pete, hatua kwa hatua kuongeza nguvu. malengo kwa ajili ya utafiti kama vile, hakuna. nishati mgongano mihimili utaongezeka. thamani ya kuinua 7-13 TEV TEV. Ongezeko hili itaruhusu kuona fursa mpya katika mgongano wa chembechembe.

Mwaka 2013 na 2014. walikuwa ukaguzi kubwa ya kiufundi ya vichuguu, accelerators, detectors na vifaa vingine. Matokeo yalikuwa 18 sumaku bipolar ni superconducting kazi. Ikumbukwe kwamba idadi ya jumla ya watu ni 1232 vipande. Hata hivyo, sumaku iliyobaki hawajaenda bila kutambuliwa. Vinginevyo sisi kuchukua nafasi ya mfumo wa kinga dhidi ya baridi chini, kuweka kuboreshwa. Pia kuboresha mfumo wa baridi ya sumaku. Jambo hili bado katika joto la chini, pamoja na nguvu ya kiwango cha juu.

Kama yote inakwenda vizuri, uzinduzi pili ya accelerator utafanyika tu baada ya miaka mitatu. Kwa njia ya kipindi hiki yamepangwa kazi iliyopangwa kuboresha, mtihani wa kiufundi wa Collider.

Ikumbukwe kwamba matengenezo gharama senti, bila kuzingatia gharama. Hadron Collider, kama wa 2010 ina thamani sawa na 7.5 bln. Euro. Idadi hii inaonyesha mradi mzima katika nafasi ya kwanza katika orodha ya miradi ya gharama kubwa zaidi katika historia ya sayansi.

habari za hivi karibuni

Hadron Collider, uzinduzi wa yaliyofanyika baada ya mapumziko, ilikuwa na mafanikio. data Interesting zilikusanywa. Kwa mfano, ushahidi iliwasilishwa kuwa wazo kisasa wa chembechembe sahihi. Hii ni kwa shukrani inawezekana utendaji kazi mzuri wa CMS na LHCb detectors. Hizi detectors kuoza BS hawakupata na mbili meson, ambayo ni ushahidi wa moja kwa moja uaminifu nadharia ya kisasa.

Ni thamani ya kuuliza swali, jinsi ni uthibitisho wa nadharia. Njia moja - hii ni kukamata chembe mpya. Hiyo ni, kama mgongano itakuwa chembe mpya ya msingi, ambayo ina maana kwamba nadharia ya kisasa inayoweza kukaguliwa.

Wanasayansi umakini tahadhari juu ya chembe kwa sababu inaweza kuonyesha, au angalau kufungua mlango katika mwelekeo wa supersymmetry. Huu ni mwanzo mzuri kwa ajili ya utafiti zaidi na kazi katika Kituo cha Utafiti wa Sayansi mjini Geneva.

Nini hapo?

Baada ya kwenda kutokea kisasa ya pili ya Collider itakuwa kazi ya utafiti zaidi ya chembe. Hasa, itakuwa muhimu kwa kujifunza zaidi juu ya Higgs boson. Licha ya ukweli kwamba kwa ugunduzi huu Tuzo ya Nobel, si yote ya mali yake kueleweka kikamilifu na kuthibitika. Kwa hiyo, wanasayansi kwa muda mrefu na ngumu kazi utafiti wa chembechembe hii ya ajabu.

Aidha, lazima kuendelea kufanya kazi ya kuthibitisha au kukanusha nadharia ya supersymmetry. Ingawa inaonekana kidogo ajabu, lakini ni ana haki ya kuwepo. Sidhani kwamba tahadhari zote hupewa tu na suala la kwanza la umuhimu kwa kila mradi ina timu yake ya wanasayansi ambao hufanya kazi katika fani hii.

Bila shaka, hii si kazi zote kwamba haja ya kushughulikiwa kwa wanasayansi. Na kila terabyte mpya wa habari kupokea orodha ya maswali daima zikisaidiwa na majibu yao inaweza kuwa inaonekana up kwa miaka mingi.