Gdje se nalazi Veliki hadronski sudarač?
Godine 2008. CERN (Europsko vijeće za nuklearna istraživanja) završio je izgradnju super-moćnog akceleratora čestica pod nazivom Veliki hadronski sudarač. Na engleskom: LHC - Large Hadron Collider. CERN je međunarodna međuvladina znanstvena organizacija osnovana 1955. godine. Zapravo, ovo je glavni svjetski laboratorij u područjima visokih energija, fizike čestica i solarna energija. Oko 20 zemalja su članice organizacije.
Zašto je potreban Veliki hadronski sudarač?
U blizini Ženeve, u kružnom betonskom tunelu dugom 27 kilometara (26.659 m), stvoren je prsten supravodljivih magneta koji ubrzavaju protone. Pretpostavlja se da će akcelerator pomoći ne samo da pronikne u tajne mikrostrukture materije, već i da napreduje u potrazi za odgovorom na pitanje novih izvora energije u dubinama materije.
U tu svrhu, istodobno s izgradnjom samog akceleratora (cijena preko 2 milijarde dolara), stvorena su četiri detektora čestica. Od toga su dva velika univerzalna (CMS i ATLAS), a dva su više specijalizirana. Ukupni trošak detektora također se približava 2 milijarde dolara. U svakom od velikih projekata CMS i ATLAS sudjelovalo je više od 150 institucija iz 50 zemalja, uključujući ruske i bjeloruske.
Lov na nedostižni Higgsov bozon
Kako radi akcelerator hadronskog sudarača? Collider je najveći protonski akcelerator koji radi na sudarajućim zrakama. Kao rezultat ubrzanja, svaki od snopova imat će energiju u laboratorijskom sustavu od 7 teraelektron volti (TeV), odnosno 7x1012 elektron volti. Kada se protoni sudaraju, nastaju mnoge nove čestice koje će detektori registrirati. Nakon analize sekundarnih čestica, dobiveni podaci pomoći će odgovoriti na temeljna pitanja koja se tiču znanstvenika koji se bave fizikom mikrosvijeta i astrofizikom. Među glavnim problemima je eksperimentalno otkrivanje Higgsovog bozona.
Sada već "slavni" Higgsov bozon hipotetska je čestica koja je jedna od glavnih komponenti takozvanog standardnog, klasičnog modela. elementarne čestice. Ime je dobio po britanskom teoretičaru Peteru Higgsu, koji je predvidio njegovo postojanje 1964. godine. Higgsovi bozoni, kao kvanti Higgsovog polja, smatraju se relevantnima za temeljna pitanja fizike. Konkretno, na koncept podrijetla masa elementarnih čestica.
Od 2. do 4. srpnja 2012. niz eksperimenata na sudaraču otkrio je određenu česticu koja se može povezati s Higgsovim bozonom. Štoviše, podaci su tijekom mjerenja potvrđeni i od strane ATLAS sustava i CMS sustava. Još uvijek se vodi rasprava o tome je li zloglasni Higgsov bozon doista otkriven ili se radi o nekoj drugoj čestici. Činjenica je da je otkriveni bozon najteži od dosad zabilježenih. Za rješavanje temeljnog pitanja pozvani su vodeći svjetski fizičari: Gerald Guralnik, Karl Hagen, Francois Engler i sam Peter Higgs, koji je teoretski potkrijepio postojanje bozona nazvanog po njemu još 1964. godine. Nakon analize skupa podataka, sudionici studije skloni su vjerovati da je Higgsov bozon doista otkriven.
Mnogi su se fizičari nadali da će proučavanje Higgsovog bozona otkriti "anomalije" zbog kojih bi se moglo govoriti o tzv. nova fizika". No, do kraja 2014. godine obrađen je gotovo cijeli niz podataka prikupljenih tijekom prethodne tri godine kao rezultat eksperimenata na LHC-u, te nisu otkrivena nikakva intrigantna odstupanja (osim pojedinačnih slučajeva). Zapravo, pokazalo se da je dvofotonski raspad zloglasnog Higgsovog bozona bio, prema riječima istraživača, "previše standardan". Međutim, eksperimenti zakazani za proljeće 2015. mogli bi iznenaditi znanstveni svijet novim otkrićima.
Niti jedan bozon
Potraga za Higgsovim bozonom nije sama po sebi svrha gigantskog projekta. Također je važno za znanstvenike tražiti nove vrste čestica koje omogućuju prosuđivanje jedinstvene interakcije prirode u ranoj fazi postojanja Svemira. Sada znanstvenici razlikuju četiri temeljne interakcije prirode: jaku, elektromagnetsku, slabu i gravitacijsku. Teorija sugerira da je u početnoj fazi svemira možda postojala jedna interakcija. Ako se otkriju nove čestice, tada će ova verzija biti potvrđena.
Fizičari su također zabrinuti zbog tajanstvenog podrijetla mase čestica. Zašto čestice uopće imaju masu? I zašto oni imaju takve mase, a ne druge? Inače, ovdje uvijek mislimo na formulu E=mc². Svaki materijalni objekt ima energiju. Pitanje je kako to osloboditi. Kako stvoriti tehnologije koje bi omogućile njegovo oslobađanje iz tvari s maksimalnom učinkovitošću? Danas je to glavno pitanje energetike.
Drugim riječima, projekt Large Hadron Collider pomoći će znanstvenicima pronaći odgovore na temeljna pitanja i proširiti znanje o mikrokozmosu, a time i o nastanku i razvoju Svemira.
Doprinos bjeloruskih i ruskih znanstvenika i inženjera stvaranju LHC-a
Tijekom faze izgradnje europski partneri iz CERN-a obratili su se skupini bjeloruskih znanstvenika s ozbiljnim iskustvom u ovom području kako bi od samog početka projekta sudjelovali u izradi detektora za LHC. Zauzvrat, bjeloruski znanstvenici pozvali su na suradnju kolege iz Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja iz znanstvenog grada Dubne i drugih ruskih instituta. Stručnjaci su kao jedan tim započeli rad na takozvanom CMS detektoru - "Compact Muon Solenoid". Sastoji se od mnogo složenih podsustava, od kojih je svaki dizajniran za obavljanje određenih zadataka, dok zajedno osiguravaju identifikaciju i točno mjerenje energija i kutova emisije svih čestica rođenih u trenutku sudara protona u LHC-u.
Bjelorusko-ruski stručnjaci također su sudjelovali u stvaranju detektora ATLAS. Ovo je 20 m visoka instalacija koja može mjeriti putanje čestica s velikom točnošću: do 0,01 mm. Osjetljivi senzori unutar detektora sadrže oko 10 milijardi tranzistora. Prioritetni cilj eksperimenta ATLAS je otkrivanje Higgsovog bozona i proučavanje njegovih svojstava.
Bez pretjerivanja, naši znanstvenici dali su značajan doprinos stvaranju CMS i ATLAS detektora. Neke važne komponente proizvedene su u tvornici strojeva u Minsku. listopadska revolucija(MZOR). Konkretno, završni kalorimetri hadronskih kalorimetara za CMS eksperiment. Osim toga, tvornica je proizvodila vrlo sofisticirane elemente magnetskog sustava detektora ATLAS. To su veliki predmeti koji zahtijevaju vlasništvo. posebne tehnologije obrada metala i visokoprecizna obrada. Prema riječima tehničara CERN-a, narudžbe su briljantno izvršene.
Ne treba podcijeniti ni „doprinos pojedinaca povijesti“. Na primjer, Roman Stefanovich, doktor znanosti, odgovoran je za ultrapreciznu mehaniku u CMS projektu. Čak u šali kažu da bez toga CMS ne bi bio izgrađen. Ali ozbiljno, može se sasvim sigurno ustvrditi: bez toga ne bi bili ispoštovani rokovi montaže i puštanja u rad s traženom kvalitetom. Naš drugi inženjer elektronike Vladimir Čehovski, nakon što je prošao prilično teško natjecanje, danas ispravlja elektroniku CMS detektora i njegove mionske komore.
Naši znanstvenici uključeni su kako u pokretanje detektora tako i u laboratorijski dio, u njihov rad, održavanje i ažuriranje. Znanstvenici iz Dubne i njihovi bjeloruski kolege s pravom zauzimaju svoja mjesta u međunarodnoj zajednici fizike CERN, koja radi na dobivanju novih informacija o dubinskim svojstvima i strukturi materije.
Veliki hadronski sudarač (LHC) je akcelerator nabijenih čestica s kojim će fizičari moći naučiti mnogo više o svojstvima materije nego što je to do sada bilo poznato. Ubrzivači se koriste za proizvodnju visokoenergetskih nabijenih elementarnih čestica. Rad gotovo svakog akceleratora temelji se na interakciji nabijenih čestica s električnim i magnetska polja. Električno polje izravno radi na čestici, odnosno povećava njezinu energiju, a magnetsko polje, stvarajući Lorentzovu silu, samo skreće česticu bez promjene njezine energije i postavlja putanju po kojoj se čestice kreću.
Collider (engleski collide - "sudariti") - akcelerator na sudarajućim gredama, dizajniran za proučavanje proizvoda njihovih sudara. Omogućuje vam da elementarnim česticama materije date visoku kinetičku energiju, usmjerite ih jednu prema drugoj kako biste proizveli njihov sudar.
Zašto "veliki hadron"
Veliki sudarač je dobio ime, zapravo, zbog svoje veličine. Duljina glavnog akceleratorskog prstena je 26.659 m; hadronski - zbog činjenice da ubrzava hadrone, odnosno teške čestice koje se sastoje od kvarkova.
LHC je izgrađen u istraživačkom centru Europskog vijeća za nuklearna istraživanja (CERN), na granici Švicarske i Francuske, nedaleko od Ženeve. LHC je do danas najveći eksperimentalni pogon na svijetu. Vodeći ovo projekt velikih razmjera je britanski fizičar Lyn Evans, a više od 10 tisuća znanstvenika i inženjera iz više od 100 zemalja sudjelovalo je i sudjeluje u izgradnji i istraživanju.
Mala digresija u povijest
Krajem 60-ih godina prošlog stoljeća fizičari su razvili takozvani Standardni model. Kombinira tri od četiri temeljne sile – jaku, slabu i elektromagnetsku. Gravitacijska interakcija se još uvijek opisuje u terminima opće relativnosti. To jest, danas su temeljne interakcije opisane s dvije općeprihvaćene teorije: opća teorija relativnosti i standardnog modela.
Vjeruje se da standardni model mora biti dio neke dublje teorije strukture mikrokozmosa, dijela koji je vidljiv u eksperimentima sudarača pri energijama ispod oko 1 TeV (teraelektronvolt). Glavni zadatak Velikog hadronskog sudarača je dobiti barem prve naznake o tome što je ta dublja teorija.
Glavni zadaci sudarača također uključuju otkrivanje i potvrdu Higgsovog bozona. Ovo otkriće potvrdilo bi standardni model za podrijetlo elementarnih atomske čestice i standardna materija. Tijekom lansiranja sudarača punom snagom, integritet Standardnog modela bit će uništen. Elementarne čestice, čija svojstva samo djelomično razumijemo, neće moći održati svoj strukturni integritet. Standardni model ima gornju granicu energije od 1 TeV, na kojoj se čestica raspada kako raste. Pri energiji od 7 TeV mogle bi se stvoriti čestice s masama deset puta većim od trenutno poznatih.
Tehnički podaci
Pretpostavlja se da se u akceleratoru sudara protoni ukupne energije od 14 TeV (odnosno 14 teraelektronvolti ili 14 1012 elektron volti) u sustavu središta mase upadnih čestica, kao i jezgre olova s energijom od 5 GeV ( 5 109 elektron-volti) za svaki par sudarajućih nukleona.
Svjetlost LHC-a tijekom prvih tjedana rada nije bila veća od 1029 čestica/cm²·s, međutim, nastavlja stalno rasti. Cilj je postići nominalni sjaj od 1,7 1034 čestica/cm² s, što je po redu veličine ekvivalentno svjetlinama BaBar (SLAC, SAD) i Belle (KEK, Japan).
Akcelerator se nalazi u istom tunelu koji je prije bio okupiran velikim sudaračem elektrona i pozitrona, pod zemljom u Francuskoj i Švicarskoj. Dubina tunela je od 50 do 175 metara, a tunelski prsten je nagnut za oko 1,4% u odnosu na površinu zemlje. Za držanje, ispravljanje i fokusiranje protonskih zraka koristi se 1624 supravodljivih magneta čija ukupna duljina prelazi 22 km. Magneti rade na temperaturi od 1,9 K (−271 °C), što je nešto ispod temperature prijelaza helija u superfluidno stanje.
LHC detektori
LHC ima 4 glavna i 3 pomoćna detektora:
- ALICE (Eksperiment velikog ionskog sudarača)
- ATLAS (Toroidalni LHC AparaT)
- CMS (kompaktni mionski solenoid)
- LHCb (eksperiment ljepote velikog hadronskog sudarača)
- TOTEM (Ukupno mjerenje elastičnog i difrakcijskog presjeka)
- LHCf (Veliki hadronski sudarač naprijed)
- MoEDAL (Detektor monopola i egzotike na LHC-u).
Prvi je postavljen za proučavanje sudara teških iona. Temperatura i gustoća energije nastale nuklearne tvari dovoljne su za rađanje gluonske plazme. Unutarnji sustav praćenja (ITS) u ALICE-u sastoji se od šest cilindričnih slojeva silikonskih senzora koji okružuju točku udara i mjere svojstva i precizne položaje čestica koje se pojavljuju. Na taj se način lako mogu detektirati čestice koje sadrže teški kvark.
Drugi je dizajniran za proučavanje sudara između protona. ATLAS je dug 44 metra, promjer 25 metara i težak oko 7.000 tona. Protonske zrake sudaraju se u središtu tunela, najvećeg i najkompleksnijeg senzora te vrste ikada izgrađenog. Senzor bilježi sve što se događa tijekom i nakon sudara protona. Cilj projekta je otkriti čestice koje dosad nisu bile registrirane i nisu detektirane u našem svemiru.
CMS je jedan od dva ogromna univerzalna detektora čestica na LHC-u. Oko 3600 znanstvenika iz 183 laboratorija i sveučilišta u 38 zemalja podržava rad CMS-a (CMS uređaj je prikazan na slici).
Najnutarnji sloj je tragač na bazi silicija. Traker je najveći silikonski senzor na svijetu. Ima 205 m2 silikonskih senzora (otprilike površina teniskog terena) koji se sastoji od 76 milijuna kanala. Traker vam omogućuje mjerenje tragova nabijenih čestica u elektromagnetskom polju.
Na drugoj razini je elektromagnetski kalorimetar. Hadronski kalorimetar, na sljedećoj razini, mjeri energiju pojedinačnih hadrona proizvedenih u svakom slučaju.
Sljedeći sloj CMS-a Velikog hadronskog sudarača je ogroman magnet. Veliki solenoidni magnet dugačak je 13 metara i promjera 6 metara. Sastoji se od hlađenih zavojnica od niobija i titana. Ovaj ogromni magnet magneta radi punom snagom kako bi maksimizirao životni vijek čestica magneta.
Peti sloj su mionski detektori i povratni jaram. CMS je za istraživanje različite vrste fizike koja bi se mogla naći u energetskim sudarima LHC-a. Neka od ovih istraživanja trebaju potvrditi ili poboljšati mjerenja parametara Standardnog modela, dok su mnoga druga u potrazi za novom fizikom.
O Velikom hadronskom sudaraču možete pričati dugo. Nadamo se da je naš članak pomogao razumjeti što je LHC i zašto je znanstvenicima potreban.
Nekoliko činjenica o Velikom hadronskom sudaraču, kako i zašto je nastao, čemu služi i kakve potencijalne opasnosti za čovječanstvo predstavlja.
1. Izgradnja LHC-a, odnosno Velikog hadronskog sudarača, zamišljena je davne 1984., a započela je tek 2001. Pet godina kasnije, 2006., zahvaljujući naporima više od 10 tisuća inženjera i znanstvenika iz različitih zemalja, izgradnja dovršen je veliki hadronski sudarač.
2. LHC je najveći eksperimentalni pogon na svijetu.
3.
Zašto onda Veliki hadronski sudarač?
Velikim je nazvan zbog svoje solidne veličine: duljina glavnog prstena, duž kojeg se čestice voze, iznosi oko 27 km.
Hadron – budući da instalacija ubrzava hadrone (čestice koje se sastoje od kvarkova).
Collider - zbog ubrzanja u suprotan smjer snopove čestica koje se međusobno sudaraju u posebnim točkama.
4. Čemu služi Veliki hadronski sudarač? LHC je ultramoderni istraživački centar u kojem znanstvenici provode eksperimente s atomima, gurajući ione i protone zajedno velikom brzinom. Znanstvenici se nadaju da će uz pomoć istraživanja podići veo nad misterijama izgleda Svemira.
5. Projekt je znanstvenu zajednicu koštao astronomski iznos od 6 milijardi dolara. Inače, Rusija je u LHC delegirala 700 stručnjaka koji rade i danas. Narudžbe za LHC donijele su ruskim poduzećima oko 120 milijuna dolara.
6. Bez sumnje, glavno otkriće napravljeno na LHC-u je otkriće 2012. Higgsovog bozona, ili kako ga još nazivaju “Božje čestice”. Higgsov bozon je posljednja karika u Standardnom modelu. Drugi značajan događaj u Bak'eu je postizanje rekordne vrijednosti energije sudara od 2,36 teraelektronvolta.
7. Neki znanstvenici, uključujući i one u Rusiji, vjeruju da će zahvaljujući velikim eksperimentima u CERN-u (Europska organizacija za nuklearna istraživanja, gdje se, zapravo, nalazi sudarač), znanstvenici moći izgraditi prvi vremenski stroj na svijetu. Međutim, većina znanstvenika ne dijeli optimizam kolega.
8. Glavni strahovi čovječanstva o najmoćnijem akceleratoru na planetu temelje se na opasnosti koja prijeti čovječanstvu kao rezultat stvaranja mikroskopskih crnih rupa sposobnih zarobiti okolnu materiju. Postoji još jedna potencijalna i iznimno opasna prijetnja - pojava strapela (potječenih od Strange droplet), koji su, hipotetski, sposobni sudariti se s jezgrom atoma kako bi formirali sve više i više novih strapela, transformirajući materiju cijelog Svemira. Međutim, većina najcjenjenijih znanstvenika kaže da je takav ishod malo vjerojatan. Ali teoretski je moguće
9. 2008. CERN su tužila dva stanovnika države Havaji. Optužili su CERN da pokušava okončati čovječanstvo nemarom, zahtijevajući sigurnosna jamstva od znanstvenika.
10. Veliki hadronski sudarač nalazi se u Švicarskoj u blizini Ženeve. U CERN-u postoji muzej u kojem se posjetiteljima jasno objašnjavaju principi sudarača i zašto je izgrađen.
11 . I za kraj, mala zabavna činjenica. Sudeći prema zahtjevima u Yandexu, mnogi ljudi koji traže informacije o Velikom hadronskom sudaraču ne znaju kako napisati ime akceleratora. Na primjer, pišu "andron" (i ne samo da pišu ono što vrijede izvještaji NTV-a s njihovim andron sudaračem), ponekad pišu "android" (Carstvo uzvraća udarac). U buržoaskoj mreži također ne zaostaju i umjesto “hadrona” u tražilicu ubacuju “hardon” (na pravoslavnom engleskom hard-on je uspon). Zanimljiv pravopis na bjeloruskom je "Vyaliki hadronny paskaralnik", što se prevodi kao "Veliki hadronski akcelerator".
Hadronski sudarač. Fotografija
Kako radi Veliki hadronski sudarač
LHC akcelerator će raditi na temelju efekta supravodljivosti, t.j. sposobnost određenih materijala da provode električnu energiju bez otpora ili gubitka energije, obično na vrlo niskim temperaturama. Da bi snop čestica ostao na kružnom putu, potrebna su jača magnetska polja od onih koja su se ranije koristila u drugim CERN-ovim akceleratorima.
Veliki hadronski sudarač, protonski akcelerator izgrađen u Švicarskoj i Francuskoj, nema analoga u svijetu. Ova prstenasta konstrukcija, duga 27 km, izgrađena je na dubini od 100 metara.
U njemu bi, uz pomoć 120 snažnih elektromagneta na temperaturi blizu apsolutne nule - minus 271,3 stupnja Celzijusa, trebao raspršiti sudarajuće protonske zrake do brzine svjetlosti (99,9 posto).Međutim, na brojnim mjestima će im se putevi ukrstiti, što će omogućiti sudaranje protona. Čestice će voditi nekoliko tisuća supravodljivih magneta.Kada ima dovoljno energije, čestice će se sudariti, stvarajući tako model Velikog praska.Tisuće senzora zabilježit će trenutke sudara. Posljedice sudara protona postat će glavni predmet proučavanja svijeta. [ http://dipland.ru /Cybernetics/Large_Hadron_Collider_92988]
Tehnički podaci
Akcelerator bi trebao sudarati protone ukupne energije od 14 TeV (odnosno 14 tera elektron-volt ili 14 1012 elektron volti) insustav centra gravitacije incidentne čestice, kao i jezgre voditi s energijom od 5 GeV (5 109 elektron volti) za svaki par sudara nukleoni. Početkom 2010 LHC je već donekle nadmašio dosadašnjeg rekordera po energiji protona - proton-antiprotonski sudarač Tevatron , koji je do kraja 2011. radio uNacionalni akceleratorski laboratorij. Enrico Fermi(SAD ). Unatoč činjenici da se prilagodba opreme proteže godinama i još nije dovršena, LHC je već postao najveći energetski akcelerator elementarnih čestica na svijetu, nadmašujući druge sudarače u energiji za red veličine, uključujući relativistički teški ion sudarača RHIC, djeluje u Brookhaven laboratorij(SAD).
Detektori
LHC ima 4 glavna i 3 pomoćna detektora:
· ALICE (Eksperiment velikog ionskog sudarača)
ATLAS (Toroidalni LHC AparaT)
CMS (kompaktni mionski solenoid)
LHCb (Eksperiment ljepote Velikog hadronskog sudarača)
TOTEM (Ukupno mjerenje elastičnog i difrakcijskog presjeka)
LHCf (Veliki hadronski sudarač naprijed)
MOEDAL (Detektor monopola i egzotike na LHC-u).
ATLAS, CMS, ALICE, LHCb su veliki detektori smješteni oko točaka sudara snopa. TOTEM i LHCf detektori su pomoćni, nalaze se na udaljenosti od nekoliko desetaka metara od točaka raskrižja snopa koje zauzimaju CMS odnosno ATLAS detektori, a koristit će se uz glavne.
CMS detektor
ATLAS i CMS detektori su detektori opće namjene dizajnirani za traženje Higgsovog bozona i "nestandardne fizike", posebno tamna tvar , ALICE - učitikvark-gluonska plazma u sudarima teških iona olova, LHCb - za istraživanje fizikeb-kvarkovi kako bi bolje razumjeli razlike između materije i antimaterije , TOTEM - dizajniran za proučavanje raspršenja čestica pod malim kutovima, kao što se događa tijekom bliskih letova bez sudara (tzv. nesudarne čestice, čestice naprijed), što vam omogućuje preciznije mjerenje veličine protona, kao i kao kontrolu svjetline sudarača, i, konačno, LHCf - za istraživanjekozmičke zrake , modelirano korištenjem istih čestica koje se ne sudaraju.
Rad LHC-a povezan je i sa sedmim, prilično beznačajnim u smislu budžeta i složenosti, detektorom (eksperimentom) MoEDAL, dizajniranim za traženje sporo pokretnih teških čestica.
Tijekom rada sudarača sudari se provode istovremeno na sve četiri točke presjeka snopa, bez obzira na vrstu ubrzanih čestica (protoni ili jezgre). Istodobno, svi detektori istovremeno prikupljaju statistiku.
Potrošnja energije
Tijekom rada sudarača procijenjena potrošnja energije iznosit će 180 M uto . Procijenjena ukupna potrošnja energije CERN za 2009., uzimajući u obzir radni sudarač - 1000 GWh, od čega će 700 GWh pasti na udio akceleratora. Ti troškovi energije iznose oko 10% ukupne godišnje potrošnje energije. kanton Ženeva . CERN sam ne proizvodi energiju, ima samo rezervudizel generatori.[http://ru.wikipedia.org/wiki/]
Moguće je da će za nekoliko godina Internet ustupiti mjesto novoj, dubljoj integraciji udaljenih računala, omogućujući ne samo daljinski prijenos informacija lokaliziranih u različitim dijelovima svijeta, već i automatsko korištenje udaljenih računalnih resursa. U vezi s lansiranjem Velikog hadronskog sudarača, CERN već nekoliko godina radi na stvaranju takve mreže.
Činjenica da je Internet (ili ono što se označava terminom web) izumila Europska organizacija za nuklearna istraživanja (CERN) odavno je činjenica iz udžbenika. Oko table "U ovim hodnicima stvorena je svjetska mreža" u jednom od normalnih hodnika redovne zgrade CERN-a tijekom dana otvorena vrata uvijek ima gomile promatrača. Sada internet za svoje praktične potrebe koriste ljudi diljem svijeta, a u početku je stvoren kako bi znanstvenici koji rade na istom projektu, ali smješteni u različitim dijelovima planeta, mogli međusobno komunicirati, dijeliti podatke, objavljivati informacije koje može se pristupiti na daljinu.
GRID sustav koji se razvija u CERN-u (na engleskom grid - rešetka, mreža) je još jedan korak naprijed, nova faza u integraciji korisnika računala.
Pruža ne samo mogućnost objavljivanja podataka koji se nalaze negdje drugdje na planetu, već i korištenje udaljenih resursa stroja bez napuštanja vašeg mjesta.
Naravno, obična računala nemaju posebnu ulogu u osiguravanju računalne snage, pa je prva faza integracije povezivanje svjetskih superračunalskih centara.
Stvaranje ovog sustava izazvalo je Veliki hadronski sudarač. Iako se GRID već koristi za mnoge druge zadatke, bez sudarača ga ne bi bilo, i obrnuto, bez GRID-a obrada rezultata sudarača je nemoguća.
Ljudi koji rade u LHC suradnji nalaze se u različitim dijelovima planeta. Poznato je da na ovom uređaju ne rade samo Europljani, već i svih 20 zemalja - službenih sudionika CERN-a, ukupno oko 35 zemalja. Teoretski, da bi se osigurao rad LHC-a, postojala je alternativa GRID-u - proširenje vlastitih računalnih resursa računalnog centra CERN-a. Ali resursi koji su bili dostupni u vrijeme postavljanja problema bili su potpuno nedostatni za simulaciju rada akceleratora, pohranjivanje informacija iz njegovih eksperimenata i njegovu znanstvenu obradu. Stoga bi se računalni centar morao vrlo značajno obnoviti i modernizirati, nabaviti više računala i prostora za pohranu podataka. Ali to bi značilo da bi sva sredstva bila koncentrirana u CERN-u. To nije bilo baš prihvatljivo za zemlje daleko od CERN-a. Naravno, nisu bili zainteresirani za sponzoriranje resursa koje bi bilo vrlo teško koristiti, već su bili skloni povećati svoj računalni i strojni potencijal. Stoga se rodila ideja da se resursi koriste tamo gdje jesu.
Ne pokušavajte sve koncentrirati na jednom mjestu, već kombinirajte ono što već postoji u različitim dijelovima svijeta.
Mnogi obični stanovnici planeta postavljaju si pitanje zašto je potreban Veliki hadronski sudarač. Većini neshvatljiva znanstvena istraživanja za koja su potrošene mnoge milijarde eura izazivaju budnost i strepnju.
Možda ovo uopće nije istraživanje, već prototip vremeplova ili portala za teleportaciju izvanzemaljskih stvorenja koji mogu promijeniti sudbinu čovječanstva? Glasine idu najfantastičnije i najstrašnije. U članku ćemo pokušati shvatiti što je hadronski sudarač i zašto je nastao.
Ambiciozan projekt čovječanstva
Veliki hadronski sudarač trenutno je najmoćniji akcelerator čestica na planetu. Nalazi se na granici Švicarske i Francuske. Točnije, ispod njega: na dubini od 100 metara nalazi se prstenasti akceleratorski tunel dug gotovo 27 kilometara. Vlasnik eksperimentalnog poligona, vrijednog više od 10 milijardi dolara, je Europski centar za nuklearna istraživanja.
Ogromna količina resursa i tisuće nuklearnih fizičara sudjeluju u ubrzavanju protona i teških olovnih iona do brzine bliske svjetlosti u različitim smjerovima, nakon čega se međusobno sudaraju. Rezultati izravnih interakcija pažljivo se proučavaju.
Prijedlog za stvaranje novog akceleratora čestica primljen je još 1984. godine. Već deset godina vode se razne rasprave o tome kakav će biti hadronski sudarač, zašto tako veliki istraživački projekt. Tek nakon rasprave o pojedinostima tehničko rješenje i potrebnih instalacijskih parametara, projekt je odobren. Izgradnja je započela tek 2001. godine, dodijelivši za njegovo postavljanje nekadašnji akcelerator elementarnih čestica - veliki sudarač elektrona i pozitrona.
Zašto je potreban Veliki hadronski sudarač?
Interakcija elementarnih čestica opisana je na različite načine. Teorija relativnosti dolazi u sukob s kvantnom teorijom polja. Karika koja nedostaje u pronalaženju jedinstvenog pristupa strukturi elementarnih čestica je nemogućnost stvaranja teorije kvantne gravitacije. Zato nam je potreban hadronski sudarač velike snage.
Ukupna energija u sudaru čestica iznosi 14 teraelektronvolti, što uređaj čini puno snažnijim akceleratorom od svih postojećih u svijetu danas. Provodeći eksperimente koji su prije bili nemogući iz tehničkih razloga, znanstvenici će s visokim stupnjem vjerojatnosti moći dokumentirati ili opovrgnuti postojeće teorije mikrosvijeta.
Proučavanje kvark-gluonske plazme nastale tijekom sudara olovnih jezgri omogućit će nam da izgradimo napredniju teoriju jakih interakcija, koja može radikalno promijeniti nuklearnu fiziku i zvjezdani prostor.
Higgsov bozon
Davne 1960. godine škotski fizičar Peter Higgs razvio je teoriju Higgsovog polja, prema kojoj su čestice koje ulaze u ovo polje podvrgnute kvantnom djelovanju, koje se u fizičkom svijetu može promatrati kao masa nekog objekta.
Ako je tijekom eksperimenata moguće potvrditi teoriju škotskog nuklearnog fizičara i pronaći Higgsov bozon (kvant), onda ovaj događaj može postati nova polazna točka za razvoj stanovnika Zemlje.
A otkriveni gravitacijski regulatori višestruko će premašiti sve vidljive izglede za razvoj tehničkog napretka. Štoviše, napredne znanstvenike više zanima ne sama prisutnost Higgsovog bozona, već proces narušavanja elektroslabe simetrije.
Kako on radi
Do eksperimentalne čestice dosegnu brzinu nezamislivu za površinu, gotovo jednaku u vakuumu, postupno se ubrzavaju, svaki put povećavajući energiju.
Prvo, linearni akceleratori ubrizgavaju olovne ione i protone, koji se zatim podvrgavaju stepenastom ubrzanju. Čestice kroz pojačivač ulaze u protonski sinkrotron, gdje primaju naboj od 28 GeV.
U sljedećoj fazi čestice ulaze u supersinhrotron, gdje se energija njihovog naboja povećava na 450 GeV. Postižući takve pokazatelje, čestice padaju u glavni višekilometarski prsten, gdje detektori bilježe trenutak sudara u posebno lociranim točkama sudara.
Osim detektora koji mogu detektirati sve procese tijekom sudara, 1625 supravodljivih magneta koristi se za zadržavanje snopova protona u akceleratoru. Njihova ukupna duljina prelazi 22 kilometra. Posebno za postizanje održava temperaturu od -271 °C. Cijena svakog takvog magneta procjenjuje se na milijun eura.
Cilj opravdava sredstva
Za provođenje tako ambicioznih pokusa izgrađen je najmoćniji hadronski sudarač. Zašto nam je potreban znanstveni projekt vrijedan više milijardi dolara, mnogi znanstvenici govore čovječanstvu s neskrivenim oduševljenjem. Doista, u slučaju novog znanstvenih otkrića, najvjerojatnije, oni će biti pouzdano klasificirani.
Možete čak reći sa sigurnošću. To potvrđuje čitava civilizacijska povijest. Kad je kotač izumljen, čovječanstvo je svladalo metalurgiju - zdravo, oružje i oružje!
Svi najsuvremeniji razvoji danas postaju vlasništvo vojno-industrijskih kompleksa razvijenih zemalja, ali ne i cijelog čovječanstva. Kad su znanstvenici naučili kako razdvojiti atom, što je bilo prvo? Nuklearni reaktori koji daju struju, međutim, nakon stotina tisuća smrtnih slučajeva u Japanu. Stanovnici Hirošime bili su nedvojbeno protiv znanstvenog napretka, koji je oduzeo sutrašnji dan njima i njihovoj djeci.
Tehnički razvoj izgleda kao izrugivanje ljudi, jer će se osoba u njemu uskoro pretvoriti u najslabiju kariku. Prema teoriji evolucije, sustav se razvija i jača, oslobađajući se slabih točaka. Uskoro bi se moglo pokazati da za nas više neće ostati mjesta u svijetu unapređenja tehnologije. Stoga pitanje "zašto je upravo sada potreban Veliki hadronski sudarač" zapravo nije prazna radoznalost, jer je uzrokovana strahom za sudbinu cijelog čovječanstva.
Pitanja bez odgovora
Zašto nam treba veliki hadronski sudarač, ako milijuni ljudi na planeti umiru od gladi i neizlječivih, a ponekad i izlječivih bolesti? Hoće li pomoći prevladati ovo zlo? Zašto je čovječanstvu potreban hadronski sudarač, koji uz sav razvoj tehnologije već više od sto godina ne može naučiti kako se uspješno boriti protiv raka? Ili je možda samo isplativije pružati skupe medicinske usluge nego pronaći način ozdravljenja? Uz postojeći svjetski poredak i etički razvoj, tek nekolicini predstavnika ljudske rase prijeko je potreban veliki hadronski sudarač. Zašto je to potrebno cijelom stanovništvu planeta, vodeći neprestanu bitku za pravo na život u svijetu bez zadiranja u nečiji život i zdravlje? Povijest o tome šuti...
Strah od znanstvenih kolega
Postoje i drugi predstavnici znanstvene zajednice koji izražavaju ozbiljnu zabrinutost za sigurnost projekta. Velika je vjerojatnost da znanstveni svijet u svojim eksperimentima, zbog svog ograničenog znanja, može izgubiti kontrolu nad procesima koji nisu ni propisno proučavani.
Ovakav pristup podsjeća na laboratorijske pokuse mladih kemičara – sve pomiješajte i pogledajte što će se dogoditi. Posljednji primjer može završiti eksplozijom u laboratoriju. A ako takav "uspjeh" zadesi hadronski sudarač?
Zašto zemljani trebaju neopravdani rizik, pogotovo jer eksperimentatori ne mogu s punim povjerenjem reći da procesi sudara čestica, koji dovode do stvaranja temperatura koje premašuju temperaturu naše zvijezde za 100 tisuća puta, neće uzrokovati lančanu reakciju cijele tvari planete?! Ili će jednostavno pozvati na nešto što može kobno pokvariti odmor u planinama Švicarske ili na francuskoj rivijeri...
Informacijska diktatura
Čemu služi Veliki hadronski sudarač kada čovječanstvo ne može riješiti manje složene probleme? Pokušaj zataškavanja alternativnog mišljenja samo potvrđuje mogućnost nepredvidivosti tijeka događaja.
Vjerojatno je, tamo gdje se osoba prvi put pojavila, u njoj položena ova dvojna osobina - istovremeno činiti dobro i štetiti sebi. Možda će odgovor dati otkrića koja će dati hadronski sudarač? Zašto je bio potreban ovaj riskantan eksperiment, odlučit će naši potomci.
