Comment fabriquer un collisionneur de hadrons à la maison. Pourquoi avons-nous besoin d’un collisionneur de hadrons ? A quoi sert le Grand collisionneur de hadrons ?

Presque toute la semaine dernière, les médias d'information ont été remplis d'informations sur le CERN, le Grand collisionneur de hadrons et la nouvelle particule qui y a été découverte. En fin de compte, il s'est avéré qu'il s'agissait bien du boson de Higgs - une particule qui confirme le modèle standard - ce qui signifie que les scientifiques peuvent enfin avoir confiance dans leur vision de la structure du monde.

FURFUR publie aujourd'hui le journal du chercheur du CERN Stepan Obraztsov. Il a parlé non seulement de la recherche du boson de Higgs et du travail du collisionneur de hadrons, mais aussi des traditions de vie dans cette ville de scientifiques avec sa propre langue, ses groupes de rock et ses festivals.

A propos de la première visite :La première fois que je suis apparu au CERN, c'était probablement vers l'âge d'un an, puis plus tard - vers l'âge de cinq ans - donc pour moi, c'est un deuxième chez-soi après la Russie. Mon père y travaillait alors. J'ai absorbé tout ce qui se passait autour de moi ; mon père m'expliquait déjà certaines choses quand j'étais enfant. Au CERN, il y a une exposition permanente pour les touristes, où toutes sortes de choses simples sont clairement montrées : par exemple, il y a une chambre à étincelles - dans celle-ci, une particule vole à travers une chambre remplie de gaz et d'un fil sous tension et provoque une étincelle . En général, il m'a expliqué quelles particules volent depuis l'espace, pourquoi et quand elles sont visibles, etc.

À propos de l'éducation : Plus tard, j'ai obtenu mon diplôme de l'Université d'État de Moscou au Département de physique spatiale. Lorsque nous avons été affectés, je suis allé au laboratoire d'interactions hadroniques de l'Institut de recherche scientifique en physique nucléaire (Institut de recherche D.V. Skobeltsyn en physique nucléaire) de l'Université d'État de Moscou. J'ai donc commencé à aller au CERN alors que j'étais encore étudiant - il y a une école d'été pour étudiants, où environ quatre cents étudiants se réunissent chaque été, et même alors, j'ai commencé à travailler avec le collisionneur de hadrons en raison du sujet de mon diplôme. Et maintenant, je pars en voyage d'affaires et j'accumule du matériel pour ma thèse.

Voici à quoi ressemble l'entrée du CERN la nuit

À propos du travail au CERN : Cela vaut la peine de dire que je ne travaille pas sur une seule tâche, mais sur plusieurs à la fois - tout le monde le fait. Le travail au CERN est toujours divisé entre recherche et service. Vous devez effectuer un travail de service, car chaque institut qui participe à la collaboration s'engage à réaliser ce travail, qui n'est lié à aucune découverte. C'est-à-dire qu'il s'agit d'une sorte d'échange : effectuez vos expériences au collisionneur, mais pour cela vous devrez également surveiller les détecteurs. On peut appeler cette activité scientifique, mais elle est de nature très appliquée : calibrer le détecteur, participer aux équipes du détecteur, surveiller les données, et bien d'autres choses qui aident à mettre en place cette machine géante. On pense que nous partons en voyage d'affaires principalement pour effectuer des travaux de service.

Le Grand collisionneur de hadrons du CERN est un anneau accélérateur géant de 28 kilomètres de long. Une source radioactive de particules est placée en son centre, qui sont lancées en faisceau à travers un petit anneau, puis à travers un tunnel linéaire. Après avoir accéléré, ils se dirigent vers le petit anneau intérieur, puis vers le principal. Ces faisceaux de protons sont lancés dans un anneau, deux à la fois, dans des directions différentes, leur mouvement est surveillé et des statistiques sont collectées - je collecte deux gigaoctets de données par seconde, ce qui représente un volume assez important par jour.

Le Large Hadron Collider dispose de quatre détecteurs : CMS, ATLAS, LHCb et ALICE. Je travaille sur un CMS - il pèse environ 4,5 mille tonnes. Et son champ magnétique est de 4 Tesla (deux fois plus que l'ensemble du champ magnétique de la Terre).

Le CERN lui-même est situé à quinze minutes de Genève, à la frontière même de la France et de la Suisse. Ce n'est pas une ville scientifique (comme nous le savons grâce à de nombreux projets de l'Union soviétique), car elle compte de nombreux résidents permanents. Au lieu de cela, il y a une immense auberge où logent les ingénieurs lorsqu’ils viennent pour une courte période. En général, le territoire lui-même est tout simplement immense, car un grand nombre de personnes sont impliquées dans la recherche : dans une seule expérience, à laquelle je participe, il y a quatre mille personnes. Et chacun de ces quatre mille fait constamment quelque chose.

Vue latérale du détecteur CMS
Détecteur CMS, vue frontale. Les détecteurs ont une structure en couches - chaque couche enregistre ses propres changements dans l'environnement

Le grand anneau abrite également quatre détecteurs différents qui collectent des données. En conséquence, lorsque les faisceaux circulent déjà autour de l'anneau, des collimateurs (énormes aimants) sont activés, qui dévient les faisceaux et les font entrer en collision - la collision elle-même se produit au centre de l'un des détecteurs. Lorsque les protons entrent en collision, de nouvelles particules naissent que nous détectons. C'est l'essence de l'expérience. De tels lancements et collisions se produisent 24 heures sur 24, toute l'année - ce n'est pas comme si le collisionneur avait été lancé une fois, était entré en collision avec quelque chose, et c'est tout.

Chaque détecteur dispose d'une salle de contrôle : le détecteur lui-même est situé dans le puits, et la salle de contrôle est en surface, où une vingtaine de personnes sont assises 24 heures sur 24, et chacune est responsable d'une partie de son propre sous-système du détecteur - vous collectez diverses informations provenant de parties du système et peuvent ensuite avoir une vue d’ensemble. En plus des personnes assises sur les sous-systèmes, il y a aussi des personnes chargées de collecter les données, de surveiller le détecteur dans son ensemble, il y a un chef d'équipe, une personne responsable de l'aimant - ils sont tous assis ensemble dans une même pièce et regarder le travail.

Un autre détecteur - ALICE

Historiquement, notre laboratoire s'occupe de la physique des ions lourds : c'est alors que l'on lance dans l'anneau non pas des faisceaux de protons, mais des faisceaux d'ions plomb ou d'ions or. La particularité est que lorsque des noyaux entrent en collision, le milieu dans lequel se produit la collision devient plus dense. Ils ont commencé à entrer en collision avec des ions parce qu'il existait des prédictions théoriques selon lesquelles il serait possible d'observer un nouvel état de la matière - le plasma quark-gluon - dans lequel se trouvait l'Univers quelques microsecondes après le Big Bang. Il s'agit d'un milieu extrêmement dense et la substance dans cet état a les propriétés à la fois d'un solide et d'un gaz, d'un liquide et d'un plasma. L'idée de l'expérience est de comparer ce qui se passe lorsque des protons entrent en collision et lorsque des ions entrent en collision. Lorsque du plomb entre en collision, le milieu est si dense que certaines particules ne peuvent pas s'envoler et traverser ce milieu - elles s'y éteignent. La réalité d’une telle condition a été confirmée fin 2010.

À propos des voyages d'affaires : Je viens une fois en été et une fois en hiver, pendant deux mois. Il me faut une demi-minute à pied pour aller de l'auberge au travail. Il a son propre monde intérieur, où vivent de nombreuses personnes, et il est très différent du monde ordinaire. Là, la frontière entre le fait que vous semblez travailler et vous détendre est floue. Il s’agit d’un processus sans fin qui ne peut être arrêté. Au total, environ trente mille personnes y vivent ; on se sent comme un petit rouage dans une immense machine. Il est difficile d’inventer ou de découvrir quelque chose par soi-même quand on est impliqué dans un appareil aussi gigantesque.

Vue depuis une chambre d'auberge au CERN

À propos de la structure du CERN : De par sa structure, le CERN est une collaboration internationale à laquelle participent 150 instituts de 37 pays et qui dispose de peu de personnel propre. La plupart des personnes qui y travaillent ne sont pas des employés du CERN, ils occupent certains postes dans les instituts participant à la collaboration, comme dans mon cas. Et l'équipe de Tsernovsky se compose uniquement des lauréats Nobel les plus cool et les plus mérités avec un contrat à vie, qui ont déjà tout compris dans cette vie et vivent dans une maison au pied de la montagne, conduisant de là en vintage voitures. En général, les rock stars vieillissantes de la physique.

IL Y A BEAUCOUP DE GENS AU CERN ET TOUT LE MONDE EST PASSIONNÉ PAR QUELQUE CHOSE. PAR EXEMPLE, IL Y A UN CLUB DE MUSIQUE ET ENVIRON 15 GROUPES QUI DÉMARRENT LE FESTIVAL HARDRONIC EN ÉTÉ

À propos de la spécialisation : Chaque physicien est loin d’être universel. Ils sont divisés en différentes catégories : si globalement, alors les expérimentateurs et les théoriciens, et entre eux ceux qui sont engagés dans l'analyse. À leur tour, les expérimentateurs sont divisés entre ceux qui travaillent sur la physique du détecteur et ceux qui travaillent sur la physique de l'accélérateur. Autrement dit, ceux qui accélèrent les particules et ceux qui les enregistrent sont deux domaines différents, et les accélérateurs sont très appréciés car il y en a moins dans le monde - ils ne sont pas préparés à Moscou, seulement à Novossibirsk. Les physiciens qui travaillent sur le détecteur connaissent peu l'accélérateur, ils ne chevauchent pratiquement pas les accélérateurs, ce sont deux castes distinctes. Certains lancent, d’autres rattrapent.

À propos des manettes : Lorsque vous travaillez en équipe - il y a une équipe du matin, une après-midi et une de nuit, chacune d'une durée de huit heures - il y a un tas de moniteurs et vous devez garder beaucoup d'informations en tête à la fois. De plus, tout est si intelligemment arrangé qu'avant de devenir travailleur posté, vous devez suivre une formation - trois équipes, lorsque vous vous asseyez avec un travailleur posté à part entière, puis, lorsque vous avez appris, ils vous donnent des étudiants. Il m'est arrivé d'enseigner à des adultes qui connaissaient la physique bien mieux que moi. Le truc avec ce métier, c'est qu'on ne fait pas grand-chose seul, donc cela développe notre capacité à communiquer. Lorsqu'il y a correspondance entre Russes (et il y en a beaucoup), nous nous retrouvons avec une langue mi-anglaise mi-russe, car pour de nombreux mots, il n'y a pas d'analogues russes. Shifter est un shifter en anglais. Nous ne nous appelons pas métamorphes, nous nous appelons métamorphes. Et personne ne dit « boson de Higgs », tout le monde dit simplement « Higgs ».

Un des concerts du Hardronic Fest

À propos du divertissement : Il y a un nombre incroyablement grand de gens au CERN, et ils sont tous intéressés par quelque chose - il y a des clubs d'intérêt là-bas - de l'haltérophilie au chant choral en passant par les échecs et le frisbee. Il y a un club de musique - trois salles de répétition - et une quinzaine de groupes qui organisent le Hardronic Festival en été - cela dure deux jours avec une immense et grande scène. Des groupes entièrement composés de scientifiques s'y produisent. Il n'y a rien d'inhabituel - surtout quelques groupes de reprises, mais quand même. J'y joue un peu aussi - quand je voyage, j'emporte toujours ma guitare avec moi. La salle de répétition dispose de tout le matériel pour l'enregistrement : je joue avec un métronome, j'enregistre la batterie, puis je mixe.

À propos de l'accès à l'information : J'y suis allé huit fois en voyage d'affaires, soit un total de plus d'un an. Mais peu importe où travailler - ici ou là, car on se connecte aux serveurs du CERN même à distance. Il existe des réseaux Gigabit qui relient les institutions du monde entier. Certaines données sont stockées sur des disques durs, mais la plupart sont sur des cassettes contrôlées par un robot spécial. Vous écrivez une seule commande alors que vous êtes assis à Moscou : le robot du CERN se rend dans la section souhaitée, sort votre cassette, l'insère, la lit, la transfère sur le disque dur et vous recevez les données.

Le boson de Higgs est la particule responsable de la masse de la matière. Toutes les particules se trouvent dans le champ qui crée le boson de Higgs. Étant dans ce domaine, ils ont de la masse. Il existe ce qu'on appelle le modèle standard - c'est le modèle de la structure du monde que nous suivons tous depuis l'école. Dans ce document, toutes les interactions sont divisées en quatre types : fortes, faibles, électromagnétiques et gravitationnelles. Chaque interaction a un porteur - par exemple, un électron dans un électron électromagnétique. Ainsi, toutes les particules porteuses ont été découvertes et enregistrées depuis longtemps, à l'exception du boson de Higgs. Le fait qu’il existe nous indique que ce modèle est cohérent et que nous semblons assez bien comprendre ce qui se passe dans l’Univers. Dans tous les cas, le Modèle Standard n’est qu’un modèle ; en physique, nous parlons toujours de modèles. Tout modèle n’est correct que jusqu’à une certaine décimale ; le modèle le plus précis n’existe pas.

Deux détecteurs, CMS et ATLAS, recherchent et étudient le boson de Higgs au Large Hadron Collider. Depuis deux ans, ils n’ont pas découvert le Higgs, mais ont méthodiquement bouclé les zones où il ne peut pas exister. Et il restait une toute petite fenêtre où il pourrait se retrouver. L'année dernière, une grande réunion de tous les participants à la collaboration a eu lieu, au cours de laquelle ils ont annoncé qu'en 2012, ils pourraient certainement découvrir si le boson de Higgs existe réellement ou non.

Vue latérale du détecteur ATLAS. Sa vue frontale est visible sur la toute première image de ce document.

À propos du processus d'épuisement professionnel : Lorsque l’accélérateur a été lancé pour la première fois, c’était une période chaude, car quelque chose se cassait constamment. Nous avons appelé cela le « processus d'épuisement professionnel » - c'est-à-dire que lorsque le détecteur commençait tout juste à fonctionner, tout ce qui n'était pas fiable devait tomber en panne, afin que le travail revienne plus tard à un rythme normal. Petit à petit, le détecteur meurt : certaines pièces - du fait qu'il y a beaucoup de rayonnement là-bas, directement lors d'une collision, et que tous ces matériaux s'usent - perdent leurs propriétés. À la fin de cette année, il y aura un grand arrêt du collisionneur pendant un an, voire deux ans, pour une mise à niveau ; ils creuseront dans les détecteurs et changeront certains aimants dans l'accélérateur lui-même afin d'atteindre les capacités initialement annoncées.

À propos de la suite : Tout ce travail de conception du collisionneur a commencé à la fin des années 1980, mon père a réussi à participer à tout cela - quelque part avant 1994. Après cela, il y a eu un conflit entre les Russes et les Américains et il est parti. En Russie, il y a beaucoup de gars en formation qui iront ensuite travailler au CERN, nous avons beaucoup d'accélérateurs dans notre pays et beaucoup d'expérience a déjà été accumulée. Et puis, 400 étudiants par an terminent leurs études au CERN en été. Autrement dit, les générations changent, mais les expériences continuent.

Vous savez probablement déjà que des scientifiques du Centre européen de recherche nucléaire (CERN) ont découvert des signes de l'existence de ce qu'on appelle la « particule divine » : le boson de Higgs. Voyons comment ça s'est passé.

Le 4 juillet 2012, des scientifiques du Centre européen de recherche nucléaire CERN en Suisse ont découvert le boson de Higgs - une particule subatomique appelée « particule divine ». La recherche de la particule « divine » dure depuis près de 50 ans. Le boson de Higgs a été découvert lors d'expériences au Grand collisionneur de hadrons, dont les principaux anneaux accélérateurs sont situés dans un tunnel souterrain de 27 kilomètres.

Le boson de Higgs est un élément essentiel du Modèle Standard, une théorie physique qui décrit l'interaction de toutes les particules élémentaires : il explique la présence d'un phénomène tel que la masse.

Regardons de plus près la fantastique machine, d'une valeur pouvant atteindre 6 milliards de dollars, qui a découvert le boson de Higgs. Bienvenue dans le monde des particules subatomiques !

Sur la photo : Physicien théoricien anglais, membre de la Royal Society of Edinburgh Peter W. Higgs. C'est lui qui a prédit dans les années 60 l'existence du boson de Higgs, responsable de la masse de toutes les particules élémentaires.

Dans ses discours, Peter a déclaré que si le boson n'était pas découvert, cela signifierait que lui et de nombreux autres physiciens ne comprendraient plus comment les particules élémentaires interagissent. La particule de Higgs est si importante que le physicien américain et lauréat du prix Nobel Leon Lederman l'a surnommée la « particule de Dieu ».

Ainsi, comme déjà mentionné, le boson de Higgs a été découvert lors d'expériences au Large Hadron Collider. Il a été construit dans un centre de recherche Centre du Conseil européen pour la recherche nucléaire (CERN) près de Genève, à la frontière de la Suisse et de la France. (Photo d'Anja Niederringhaus | AP) :

Le Grand collisionneur de hadrons est la plus grande installation expérimentale au monde. Il s'agit d'un accélérateur géant de particules chargées conçu pour accélérer des protons et des ions lourds. Voyons comment il a été créé. Sur la photo : un tunnel souterrain d'une circonférence de près de 27 km est en cours de construction en France et en Suisse, en l'an 2000. La profondeur du tunnel est de 50 à 175 mètres. (Photo de Laurent Guiraud | © 2012 CERN) :

Plus de 10 000 scientifiques et ingénieurs de plus de 100 pays, dont la Russie, ont participé et participent encore à la construction et à la recherche. Sur la photo : l'installation du calorimètre hadronique d'extrémité est en cours. Détecteur ATLAS, qui est justement destinée à la recherche du boson de Higgs et de la « physique non standard », notamment la matière noire. Au total, le Large Hadron Collider exploite 4 détecteurs principaux et 3 détecteurs auxiliaires. 12 août 2003. (Photo de Maximilien Brice | © 2012 CERN) :

Le collisionneur est nommé grand en raison de sa taille : la longueur de l'anneau principal de l'accélérateur est de 26 659 mètres. faire le tour Tunnel souterrain de 27 km, conçu pour accueillir un accélérateur en anneau, best in transport, 24 octobre 2005. (Photo de Laurent Guiraud | © 2012 CERN) :

Calorimètre électromagnétique- un appareil qui mesure l'énergie des particules. Une fois assemblé, c'est un mur de plus de 6 mètres de haut et 7 mètres de large. Se compose de 3 300 blocs. (Photo de Maximilien Brice | © 2012 CERN) :

L'idée de construire le Grand collisionneur de hadrons est née en 1984 et a été officiellement approuvée dix ans plus tard. Sa construction a débuté en 2001. Sur la photo : l'accélérateur annulaire du Grand collisionneur de hadrons, situé dans un tunnel souterrain directement sous l'aéroport international de Genève, le 31 mai 2007. (Photo de Keystone, Martial Trezzini | AP) :

Le collisionneur est appelé collisionneur de hadrons car il accélère les hadrons, c'est-à-dire les particules lourdes constituées de quarks. 19 octobre 2006. (Photo de Maximilien Brice | © 2012 CERN) :

Objectif principal La construction du Grand collisionneur de hadrons était une clarification ou une réfutation du modèle standard - une construction théorique en physique, dont la formation a été achevée dans les années 1960-1970, décrivant les particules élémentaires et trois des quatre interactions fondamentales (sauf gravitationnelles) : fort, faible et électromagnétique. La tâche principale Le Grand collisionneur de hadrons a pu prouver expérimentalement l’existence du boson de Higgs. Elle a été découverte le 4 juillet 2012.

Cela fait partie d'ALICE- l'une des six installations expérimentales construites au Large Hadron Collider. 3 584 cristaux de tungstate de plomb. ALICE est optimisé pour étudier les collisions d'ions lourds. (Photo de Maximilien Brice | © 2012 CERN) :

Le collisionneur a été officiellement lancé le 10 septembre 2008. Les données provenant du Large Hadron Collider sont traitées dans 140 centres de données situés dans 33 pays à travers le monde. Chaque année, nous devons traiter 15 millions de gigaoctets de données ! Sur la photo : data center à Genève, le 3 octobre 2008. (Photo de Valentin Flauraud | Reuters) :

Détecteur ATLAS lors de l'assemblage le 11 novembre 2005. Les dimensions globales du détecteur ATLAS sont : longueur - 46 mètres, diamètre - 25 mètres, poids total - environ 7 000 tonnes. Ce détecteur est utilisé pour mener une expérience du même nom, destinée à rechercher des particules élémentaires super-lourdes, dont le boson de Higgs récemment découvert. (Photo de Maximilien Brice | © 2012 CERN) :

Solénoïde à muons compact- l'un des deux grands détecteurs universels de particules élémentaires créés au Centre européen de recherche nucléaire et conçus pour étudier les propriétés du micromonde. Il est situé dans une grotte souterraine aux dimensions impressionnantes : 53 mètres de long, 27 mètres de large et 24 mètres de haut. (Photo de Maximilien Brice | © 2012 CERN) :

Les observations des bosons de Higgs ne nous aideront pas seulement à comprendre l'origine de la masse, mais contribuera également à résoudre le mystère de la matière noire. (Photo de Michael Hoch | © 2012 CERN) :

Le tunnel souterrain de 27 kilomètres contient deux tuyaux parallèles et se croisant uniquement aux emplacements des détecteurs.

Sur la photo : accélérateur linéaire de particules à basse énergie Linac2 situé dans un tunnel souterrain. Au total, le Large Hadron Collider dispose de six accélérateurs principaux. (Photo de Keystone, Martial Trezzin | AP) :

Intérieur Détecteur ATLAS, 23 août 2006. Le détecteur produit une énorme quantité d’informations – environ 1 Po = 1 024 To de données brutes par seconde ! (Photo de Claudia Marcelloni | © 2012 CERN) :

En 2009, le coût du Grand collisionneur de hadrons était estimé entre 3,2 et 6,4 milliards d'euros, ce qui en fait l'expérience scientifique la plus coûteuse de l'histoire de l'humanité.

De nombreuses rumeurs circulent autour du Grand collisionneur de hadrons. Par exemple, qu'il représente un énorme danger pour l'humanité et que son lancement pourrait provoquer la fin du monde. La raison en était les déclarations des scientifiques selon lesquelles des trous noirs microscopiques pourraient se former à la suite de collisions de particules dans le collisionneur : après cela, des opinions sont apparues selon lesquelles notre Terre entière pourrait être « aspirée » par eux.

Certains craignent également que la découverte du boson de Higgs ne provoque une croissance incontrôlée de la masse dans l'Univers. Il y a même eu une blague : « Les physiciens ont pour tradition de se réunir tous les 14 milliards d’années et de lancer un collisionneur de hadrons. » La raison des rumeurs s'est avérée banale : les propos des scientifiques ont été déformés et mal interprétés par les journalistes. (Photo de Michael Hoch | © 2012 CERN) :

Encore plus. Après la fin de son exploitation en 2012, le collisionneur sera fermé pour réparations à long terme. Les réparations devraient durer au moins un an et demi et s'étaler sur toute l'année 2013. Certains scientifiques des États-Unis et du Japon proposent, après avoir terminé leurs travaux sur le Grand collisionneur de hadrons, de commencer à travailler sur un nouveau Très Grand Collisionneur de Hadrons.

Sur la photo : huit tuyaux sont des aimants entourant le calorimètre. L’ensemble de cette immense structure fait partie de l’un des détecteurs de particules du Large Hadron Collider. (Photo de Maximilien Brice | © 2012 CERN) :

Selon les scientifiques, la découverte du boson de Higgs peut faire la lumière sur l'origine de l'Univers et comprendre à quoi ressemblait l'Univers dans les premiers instants après le Big Bang. (Photo CERN | AP) :

tricher? Il s'agit davantage de physique et de technologie. parce que La question n’est pas particulièrement sérieuse, je vais donc fournir des instructions détaillées. MAIS rappelez-vous, la production de collisionneurs de hadrons est poursuivie par la loi, par voie aérienne et le matin.

Un guide rapide pour construire un collisionneur de hadrons de poche pour les nuls.
Donc, je vous préviens : les propriétés du collisionneur ne sont pas encore entièrement comprises et on ne sait pas où va environ la moitié de l’énergie du collisionneur. Pour cette raison, le collisionneur a été interdit en 2034 par Dark Herohito. Construisez donc un collisionneur à vos propres risques.
Eh bien, commençons.
Tout d’abord, nous devons clarifier quelque chose : il existe plusieurs types de collisionneurs de hadrons :

Prospectif - collisionneurs avec possibilité ultérieure de re-prospection

Exprapriatoire - un collisionneur de combat avec possibilité d'expropriation.

Avec podvyperizpodpert - un nouveau modèle de collisionneur avec un podvyperizpodprot intégré.

Les marques Siemens sont les collisionneurs les plus terribles, dont la production est strictement interdite, puisque ce type de collisionneur, sans causer de dommages extérieurs, détruit directement le cerveau humain. Ce type de collisionneur a été inventé par Dark Herohito au 5ème siècle après JC, lors de son séjour dans l'Empire romain d'Orient. En combinant une caisse d'huile, les entrailles d'un énorme robot de combat et le mouchoir sale de Chuck Norris, il a obtenu un simple collisionneur Siemens. Après l'avoir essayé, Dark hadronisé le cerveau de plus de 20 millions d'habitants de la Terre (les mortels ordinaires appelaient cela une épidémie de peste, et depuis lors, les terriens ont été vaccinés - un processus qui enlève sans douleur le cerveau et leur permet d'exister sans son aide. C'est pourquoi, pour la plupart des gens, les collisionneurs Siemens « ne sont pas dangereux ».

Technologie de production à domicile

Des collisionneurs prometteurs

C'est très simple à faire : prenez une bouteille en plastique de 1,5 litre, faites un trou dans le fond, mettez du papier d'aluminium sur le dessus et percez-la avec une aiguille. (La dernière action doit être répétée dans un cycle au moins 3000 fois)

Collisionneur exprapriateur

La technologie de production d'un collisionneur exprapriatoire est un peu plus compliquée que la technologie de production d'un collisionneur prometteur ; vous aurez besoin d'un seau d'eau, de ciseaux, de papier d'aluminium et d'une bouteille en plastique de 1,5 litre. Nous coupons le fond de la bouteille, mettons du papier d'aluminium dessus, le perçons et le collisionneur est prêt.

Dépassé du collisionneur en saillie

Le collisionneur saillant est le plus difficile à réaliser ! Un collisionneur exploratoire et prometteur est pris. Nous nettoyons les bouteilles de toutes les conneries, bouchons les trous avec du papier d'aluminium, prenons une cigarette, l'allumons et brûlons un trou dans la surface latérale du corps de notre collisionneur en saillie. Désormais, grâce au carburant de haschich, nous pouvons accélérer notre cerveau à des vitesses proches de la vitesse de la lumière, où se forment ensuite des trous noirs.

Carburant pour le collisionneur
Tous les collisionneurs répertoriés dans cette revue fonctionnent au biocarburant. En règle générale, son fournisseur est l'Asie centrale. Mais les gouvernements de nombreux pays ne dorment pas, car en raison de l'interdiction des « transitions temporaires vers d'autres mondes », le carburant pour les collisionneurs est fortement interdit. Cette interdiction a été introduite par la collusion préalable des gouvernements de nombreux pays dotés de services de renseignement extraterrestres, car les représentants du renseignement extraterrestre en avaient assez des travailleurs invités terriens apparaissant dans leurs mondes parallèles après l'utilisation du collisionneur de hadrons.

Je vais continuer mon histoire sur la visite de la journée portes ouvertes au CERN.

Partie 3. Centre informatique.

Dans cette partie, je parlerai de l'endroit où est stocké et traité le produit du travail du CERN - les résultats des expériences. Nous parlerons d'un centre informatique, même s'il serait probablement plus correct de l'appeler un centre de données. Mais j'aborderai d'abord un peu les questions d'informatique et de stockage de données au CERN. Chaque année, le Grand collisionneur de hadrons produit à lui seul tellement de données que si elles étaient gravées sur un CD, elles formeraient une pile de 20 kilomètres de haut. En effet, le collisionneur entre en collision 30 millions de fois par seconde et chaque collision produit environ 20 événements, chacun produisant une grande quantité d'informations dans le détecteur. Bien entendu, ces informations sont d'abord traitées dans le détecteur lui-même, puis sont transmises au centre informatique local et ensuite seulement transmises au centre principal de stockage et de traitement des données. Cependant, il est nécessaire de traiter environ des pétaoctets de données chaque jour. Il faut ajouter à cela que ces données doivent non seulement être stockées mais également distribuées entre les centres de recherche du monde entier et, en outre, prendre en charge environ 4 000 utilisateurs du réseau WiFi au CERN même. Il convient d'ajouter qu'il existe en Hongrie un centre auxiliaire de stockage et de traitement des données, avec lequel il existe une liaison de 100 gigabits. Parallèlement, 35 000 kilomètres de câbles optiques sont posés à l'intérieur du CERN.
Cependant, le centre informatique n’a pas toujours été aussi puissant. La photographie montre comment le matériel utilisé a évolué au fil du temps.

Il y a maintenant une transition des mainframes vers une grille de PC classiques. Actuellement, le centre dispose de 90 000 cœurs de processeur répartis sur 10 000 serveurs fonctionnant 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. En moyenne, 250 000 tâches de traitement de données s'exécutent simultanément sur cette grille. Ce centre informatique est à la pointe de la technologie moderne et fait souvent avancer l'informatique et l'informatique pour résoudre les problèmes nécessaires au stockage et au traitement d'aussi grands volumes de données. Il suffit de mentionner que dans un bâtiment situé à proximité du centre informatique, Tim Berners-Lee a inventé le World Wide Web (dites-le à ces idiots alternativement doués qui, en surfant sur Internet, disent que la science fondamentale ne sert à rien).

Mais revenons au problème du stockage des données. La photographie montre qu'à l'époque antédiluvienne, les données étaient auparavant stockées sur des disques magnétiques (oui, oui, je me souviens de ces disques de 29 mégaoctets sur l'ordinateur de l'UE).

Pour voir comment ça se passe aujourd'hui, je me rends dans le bâtiment où se trouve le centre informatique.

Étonnamment, il n’y a pas beaucoup de monde et j’entre assez vite. Ils nous montrent un court métrage puis nous conduisent vers une porte verrouillée. Notre guide ouvre la porte et nous nous retrouvons dans une pièce assez grande où se trouvent des armoires avec des bandes magnétiques sur lesquelles sont enregistrées des informations.

La majeure partie de la pièce est occupée par ces mêmes armoires.

Ils stockent environ 100 pétaoctets d’informations (l’équivalent de 700 ans de vidéo Full HD) dans 480 millions de fichiers. Il est intéressant de noter qu’environ 10 000 physiciens répartis dans 160 centres informatiques dans le monde ont accès à ces informations. Ces informations contiennent toutes les données expérimentales depuis les années 70 du siècle dernier. Si vous regardez attentivement, vous pouvez voir comment ces bandes magnétiques se trouvent à l'intérieur des armoires.

Certains racks contiennent des modules processeur.

Sur la table se trouve un petit affichage de ce qui est utilisé pour le stockage des données.

Ce centre de données consomme 3,5 mégawatts d'énergie électrique et dispose de son propre générateur diesel en cas de panne de courant. Il faut également parler du système de refroidissement. Il est situé à l'extérieur du bâtiment et chasse l'air froid sous le faux plancher. Le refroidissement par eau n'est utilisé que sur un petit nombre de serveurs.

Si vous regardez à l'intérieur de l'armoire, vous pouvez voir comment se produisent l'échantillonnage et le chargement automatiques des bandes magnétiques.

En fait, cette salle n'est pas la seule où se trouve du matériel informatique, mais le fait que les visiteurs aient été autorisés à entrer au moins ici évoque déjà le respect des organisateurs. J'ai pris une photo de ce qui était exposé sur la table.

Après cela, un autre groupe de visiteurs est apparu et on nous a demandé de partir. Je prends une dernière photo et quitte le centre de données.

Dans la partie suivante, je parlerai des ateliers où sont créés et assemblés des équipements uniques, qui sont utilisés dans des expériences physiques.

L'expression « Grand collisionneur de hadrons » est devenue si profondément ancrée dans les médias qu'un nombre écrasant de personnes connaissent cette installation, y compris ceux dont les activités n'ont aucun lien avec la physique des particules élémentaires, ni avec la science en général.

En effet, un projet d'une telle envergure et coûteux ne pouvait être ignoré par les médias - une installation en anneau de près de 27 kilomètres de long, coûtant des dizaines de milliards de dollars, avec laquelle travaillent plusieurs milliers de scientifiques du monde entier. La soi-disant «particule divine» ou boson de Higgs, qui a fait l'objet d'une publicité réussie et pour laquelle Peter Higgs a reçu le prix Nobel de physique en 2013, a largement contribué à la popularité du collisionneur.

Tout d’abord, il convient de noter que le Grand collisionneur de hadrons n’a pas été construit de toutes pièces, mais est né sur le site de son prédécesseur, le Grand collisionneur électron-positon (LEP). Les travaux sur le tunnel de 27 kilomètres ont commencé en 1983, où il a ensuite été prévu d'installer un accélérateur qui ferait entrer en collision des électrons et des positons. En 1988, le tunnel circulaire a été fermé et les ouvriers se sont approchés du tunnel avec une telle prudence que la différence entre les deux extrémités du tunnel n'était que de 1 centimètre.

L'accélérateur a fonctionné jusqu'à la fin de l'année 2000, lorsqu'il a atteint son énergie maximale de 209 GeV. Après cela, son démantèlement a commencé. Au cours de ses onze années d'exploitation, le LEP a apporté un certain nombre de découvertes à la physique, notamment la découverte des bosons W et Z et la poursuite de leurs recherches. Sur la base des résultats de ces études, il a été conclu que les mécanismes des interactions électromagnétiques et faibles sont similaires, à la suite de quoi des travaux théoriques ont commencé sur la combinaison de ces interactions en électrofaibles.

En 2001, la construction du Grand collisionneur de hadrons a commencé sur le site de l'accélérateur électron-positon. La construction du nouvel accélérateur s'est achevée fin 2007. Il était situé sur le site du LEP - à la frontière franco-suisse, dans la vallée du lac Léman (à 15 km de Genève), à une centaine de mètres de profondeur. En août 2008, les tests du collisionneur ont commencé et le 10 septembre a eu lieu le lancement officiel du LHC. Comme pour l'accélérateur précédent, la construction et l'exploitation de l'installation sont dirigées par l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire - CERN.

CERN

Il convient de mentionner brièvement l'organisation du CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire). Cette organisation est le plus grand laboratoire au monde dans le domaine de la physique des hautes énergies. Comprend trois mille employés permanents et plusieurs milliers d'autres chercheurs et scientifiques de 80 pays participent aux projets du CERN.

À l'heure actuelle, 22 pays participent au projet : Belgique, Danemark, France, Allemagne, Grèce, Italie, Pays-Bas, Norvège, Suède, Suisse, Grande-Bretagne - fondateurs, Autriche, Espagne, Portugal, Finlande, Pologne, Hongrie. , République tchèque, Slovaquie, Bulgarie et Roumanie – ont adhéré. Cependant, comme mentionné ci-dessus, plusieurs dizaines de pays supplémentaires participent d'une manière ou d'une autre aux travaux de l'organisation, notamment au Large Hadron Collider.

Comment fonctionne le Grand collisionneur de hadrons ?

Qu'est-ce que le Grand collisionneur de hadrons et comment il fonctionne sont les principales questions d'intérêt public. Examinons ces questions plus en détail.

Collider – traduit de l’anglais signifie « celui qui entre en collision ». Le but d’une telle configuration est de faire entrer en collision des particules. Dans le cas d'un collisionneur de hadrons, les particules sont jouées par des hadrons - des particules participant à des interactions fortes. Ce sont des protons.

Obtenir des protons

Le long voyage des protons prend son origine dans le duoplasmatron, le premier étage de l'accélérateur, qui reçoit l'hydrogène sous forme de gaz. Un duoplasmatron est une chambre de décharge dans laquelle une décharge électrique est conduite à travers un gaz. Ainsi l’hydrogène, constitué d’un seul électron et d’un seul proton, perd son électron. De cette façon, il se forme un plasma - une substance constituée de particules chargées - des protons. Bien entendu, il est difficile d’obtenir un plasma de protons pur, c’est pourquoi le plasma résultant, qui comprend également un nuage d’ions moléculaires et d’électrons, est filtré pour isoler le nuage de protons. Sous l’influence d’aimants, le plasma de protons est projeté en un faisceau.

Accélération préliminaire des particules

Le faisceau de protons nouvellement formé commence son voyage dans l'accélérateur linéaire LINAC 2, qui est un anneau de 30 mètres suspendu séquentiellement à plusieurs électrodes cylindriques creuses (conducteurs). Le champ électrostatique créé à l'intérieur de l'accélérateur est calibré de telle manière que les particules situées entre les cylindres creux subissent toujours une force accélératrice en direction de l'électrode suivante. Sans entrer à ce stade entièrement dans le mécanisme de l'accélération des protons, notons seulement qu'à la sortie du LINAC 2, les physiciens reçoivent un faisceau de protons d'une énergie de 50 MeV, qui atteint déjà 31 % de la vitesse de la lumière. Il est à noter que dans ce cas la masse des particules augmente de 5 %.

D'ici 2019-2020, il est prévu de remplacer le LINAC 2 par le LINAC 4, qui accélérera les protons jusqu'à 160 MeV.

Il est à noter que le collisionneur accélère également les ions plomb, ce qui permettra d'étudier le plasma quarks-gluons. Ils sont accélérés dans l'anneau LINAC 3, similaire au LINAC 2. À l'avenir, des expériences avec l'argon et le xénon sont également prévues.

Ensuite, les paquets de protons entrent dans le booster synchrone de protons (PSB). Il est constitué de quatre anneaux superposés d'un diamètre de 50 mètres, dans lesquels se trouvent des résonateurs électromagnétiques. Le champ électromagnétique qu’ils créent a une intensité élevée et une particule qui le traverse reçoit une accélération en raison de la différence de potentiel du champ. Ainsi, après seulement 1,2 seconde, les particules sont accélérées dans le PSB jusqu'à 91 % de la vitesse de la lumière et atteignent une énergie de 1,4 GeV, après quoi elles entrent dans le synchrotron à protons (PS). Le PS mesure 628 mètres de diamètre et est équipé de 27 aimants qui dirigent le faisceau de particules sur une orbite circulaire. Ici, les protons des particules atteignent 26 GeV.

L'avant-dernier anneau d'accélération des protons est le Super Synchrotron à Protons (SPS), dont la circonférence atteint 7 kilomètres. Equipé de 1317 aimants, le SPS accélère les particules jusqu'à une énergie de 450 GeV. Après environ 20 minutes, le faisceau de protons pénètre dans l'anneau principal, le Grand collisionneur de hadrons (LHC).

Accélération et collision de particules dans le LHC

Les transitions entre les anneaux accélérateurs se produisent grâce à des champs électromagnétiques créés par de puissants aimants. L'anneau principal du collisionneur est constitué de deux lignes parallèles dans lesquelles les particules se déplacent sur une orbite circulaire dans la direction opposée. Environ 10 000 aimants sont chargés de maintenir la trajectoire circulaire des particules et de les diriger vers les points de collision, certains pesant jusqu'à 27 tonnes. Pour éviter la surchauffe des aimants, un circuit d'hélium-4 est utilisé, à travers lequel circule environ 96 tonnes de substance à une température de -271,25°C (1,9 K). Les protons atteignent une énergie de 6,5 TeV (c'est-à-dire que l'énergie de collision est de 13 TeV), tandis que leur vitesse est inférieure de 11 km/h à la vitesse de la lumière. Ainsi, en une seconde, un faisceau de protons traverse 11 000 fois le grand anneau du collisionneur. Avant que les particules n’entrent en collision, elles circuleront autour de l’anneau pendant 5 à 24 heures.

Des collisions de particules se produisent en quatre points de l'anneau principal du LHC, où se trouvent quatre détecteurs : ATLAS, CMS, ALICE et LHCb.

Grands détecteurs de collisionneurs de hadrons

ATLAS (un appareil toroïdal pour le LHC)

— est l'un des deux détecteurs à usage général du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Il explore un large spectre de physique, de la recherche du boson de Higgs aux particules qui pourraient constituer la matière noire. Bien qu'elle poursuive les mêmes objectifs scientifiques que l'expérience CMS, ATLAS utilise des solutions techniques différentes et une conception de système magnétique différente.

Les faisceaux de particules du LHC entrent en collision au centre du détecteur ATLAS, créant des débris sous la forme de nouvelles particules qui s'envolent du point de collision dans toutes les directions. Six sous-systèmes de détection différents, disposés en couches autour du point d'impact, enregistrent la trajectoire, l'impulsion et l'énergie des particules, permettant ainsi de les identifier individuellement. Un énorme système d’aimants courbe les trajectoires des particules chargées afin que leurs impulsions puissent être mesurées.

Les interactions dans le détecteur ATLAS créent un énorme flux de données. Pour traiter ces données, ATLAS utilise un système de « déclenchement » avancé pour indiquer au détecteur quels événements enregistrer et lesquels ignorer. Des systèmes sophistiqués d’acquisition de données et de calcul sont ensuite utilisés pour analyser les événements de collision enregistrés.

Le détecteur mesure 46 mètres de haut et 25 mètres de large, tandis que sa masse est de 7 000 tonnes. Ces paramètres font d'ATLAS le plus grand détecteur de particules jamais construit. Il est situé dans un tunnel à 100 m de profondeur à proximité du site principal du CERN, à proximité du village de Meyrin en Suisse. L'installation se compose de 4 éléments principaux :

Le détecteur intérieur a une forme cylindrique, l'anneau intérieur est situé à seulement quelques centimètres de l'axe du faisceau de particules passant et l'anneau extérieur a un diamètre de 2,1 mètres et une longueur de 6,2 mètres. Il se compose de trois systèmes de capteurs différents immergés dans un champ magnétique. Un détecteur interne mesure la direction, l'impulsion et la charge des particules chargées électriquement produites lors de chaque collision proton-proton. Les principaux éléments du détecteur interne sont : un détecteur de pixels, un traqueur de semi-conducteurs (SCT) et un traqueur de rayonnement de transition (TRT).

Les calorimètres mesurent l'énergie qu'une particule perd lorsqu'elle traverse un détecteur. Il absorbe les particules générées lors d’une collision, enregistrant ainsi leur énergie. Les calorimètres sont constitués de couches de matériau « absorbant » à haute densité – le plomb – alternant avec des couches de « milieu actif » – l’argon liquide. Les calorimètres électromagnétiques mesurent l'énergie des électrons et des photons lorsqu'ils interagissent avec la matière. Les calorimètres à hadrons mesurent l'énergie des hadrons lorsqu'ils interagissent avec les noyaux atomiques. Les calorimètres peuvent arrêter la plupart des particules connues, à l'exception des muons et des neutrinos.

LAr (Calorimètre à Argon Liquide) - Calorimètre ATLAS

Spectromètre à muons - se compose de 4 000 chambres à muons individuelles utilisant quatre technologies différentes pour identifier les muons et mesurer leur impulsion. Les muons traversent généralement un détecteur et un calorimètre internes, nécessitant un spectromètre à muons.

Le système magnétique d'ATLAS courbe les particules autour de différentes couches de systèmes de détection, facilitant ainsi le suivi des traces de particules.

L'expérience ATLAS (février 2012) implique plus de 3 000 scientifiques issus de 174 institutions dans 38 pays.

CMS (solénoïde compact à muons)

— est un détecteur à usage général du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Comme ATLAS, il dispose d'un vaste programme de physique, allant de l'étude du modèle standard (y compris le boson de Higgs) à la recherche de particules susceptibles de constituer la matière noire. Bien qu’elle poursuive les mêmes objectifs scientifiques que l’expérience ATLAS, CMS utilise des solutions techniques différentes et une conception de système magnétique différente.

Le détecteur CMS est construit autour d’un énorme aimant solénoïde. Il s'agit d'une bobine cylindrique de câble supraconducteur qui génère un champ de 4 Tesla, soit environ 100 000 fois le champ magnétique terrestre. Le champ est limité par un « joug » en acier, composant le plus massif du détecteur, pesant 14 000 tonnes. Le détecteur complet mesure 21 m de long, 15 m de large et 15 m de haut. L'installation se compose de 4 éléments principaux :

L'aimant solénoïde est le plus grand aimant au monde et sert à courber la trajectoire des particules chargées émises depuis le point d'impact. La distorsion de trajectoire permet de distinguer les particules chargées positivement et négativement (puisqu'elles se plient dans des directions opposées), ainsi que de mesurer l'impulsion dont l'ampleur dépend de la courbure de la trajectoire. La taille énorme du solénoïde permet au tracker et aux calorimètres d'être situés à l'intérieur de la bobine.
Silicon Tracker - Se compose de 75 millions de capteurs électroniques individuels disposés en couches concentriques. Lorsqu'une particule chargée traverse les couches du tracker, elle transfère une partie de l'énergie à chaque couche ; la combinaison de ces points de collision de la particule avec différentes couches nous permet de mieux déterminer sa trajectoire.
Calorimètres – électroniques et hadroniques, voir calorimètres ATLAS.
Sous-détecteurs - vous permettent de détecter les muons. Ils sont représentés par 1 400 chambres à muons, situées en couches à l'extérieur de la bobine, en alternance avec les plaques métalliques du « joug ».

L'expérience CMS est l'une des plus grandes études scientifiques internationales de l'histoire, impliquant 4 300 personnes : physiciens des particules, ingénieurs et techniciens, étudiants et personnel de soutien de 182 institutions, 42 pays (février 2014).

ALICE (Une expérience sur un grand collisionneur d'ions)

— est un détecteur d'ions lourds sur les anneaux du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Il est conçu pour étudier la physique de la matière en forte interaction à des densités d’énergie extrêmes, où se forme une phase de la matière appelée plasma quark-gluon.

Toute la matière ordinaire de l’univers actuel est constituée d’atomes. Chaque atome contient un noyau de protons et de neutrons (sauf l'hydrogène qui ne possède pas de neutrons), entouré d'un nuage d'électrons. Les protons et les neutrons, quant à eux, sont constitués de quarks liés entre eux avec d’autres particules appelées gluons. Aucun quark n'a jamais été observé isolément : les quarks, ainsi que les gluons, semblent liés entre eux de manière permanente et confinés dans des particules constitutives telles que les protons et les neutrons. C’est ce qu’on appelle le confinement.

Les collisions dans le LHC créent des températures plus de 100 000 fois plus élevées qu’au centre du Soleil. Le collisionneur permet des collisions entre ions plomb, recréant des conditions similaires à celles qui se sont produites immédiatement après le Big Bang. Dans ces conditions extrêmes, les protons et les neutrons « fondent », libérant les quarks de leurs liaisons avec les gluons. Il s'agit d'un plasma quark-gluon.

L'expérience ALICE utilise le détecteur ALICE, qui pèse 10 000 tonnes, mesure 26 m de long, 16 m de haut et 16 m de large. Le dispositif se compose de trois ensembles principaux de composants : des dispositifs de suivi, des calorimètres et des détecteurs d'identification de particules. Il est également divisé en 18 modules. Le détecteur est situé dans un tunnel à 56 m de profondeur, près du village de Saint-Denis-Pouilly en France.

L'expérience rassemble plus de 1 000 scientifiques provenant de plus de 100 instituts de physique répartis dans 30 pays.

LHCb (Expérience beauté du Grand collisionneur de hadrons)

– L’expérience explore de petites différences entre la matière et l’antimatière en étudiant un type de particule appelée quark beauté ou quark b.

Au lieu d’entourer tout le point de collision avec un détecteur fermé, comme ATLAS et CMS, l’expérience LHCb utilise une série de sous-détecteurs pour détecter principalement les particules directes, celles qui ont été pointées vers l’avant par une collision dans une direction. Le premier sous-détecteur est installé à proximité du point de collision, et les autres sont installés les uns après les autres à une distance de 20 mètres.

Le LHC crée une grande abondance de différents types de quarks avant qu’ils ne se désintègrent rapidement sous d’autres formes. Pour capturer les quarks b, des détecteurs de suivi mobiles complexes ont été développés pour LHCb, situés à proximité du mouvement du faisceau de particules à travers le collisionneur.

Le détecteur LHCb de 5 600 tonnes se compose d’un spectromètre direct et de détecteurs plats. Il mesure 21 mètres de long, 10 mètres de haut et 13 mètres de large et est situé à 100 mètres sous terre. Environ 700 scientifiques de 66 instituts et universités différents participent à l'expérience LHCb (octobre 2013).

Autres expériences au collisionneur

En plus des expériences ci-dessus au Large Hadron Collider, il existe deux autres expériences avec des installations :

LHCf (Large Hadron Collider forward)— étudie les particules projetées après la collision de faisceaux de particules. Ils simulent les rayons cosmiques, que les scientifiques étudient dans le cadre de l'expérience. Les rayons cosmiques sont des particules chargées d’origine naturelle provenant de l’espace qui bombardent constamment l’atmosphère terrestre. Ils entrent en collision avec des noyaux dans la haute atmosphère, provoquant une cascade de particules qui atteignent le niveau du sol. Étudier comment les collisions à l’intérieur du LHC produisent de telles cascades de particules aidera les physiciens à interpréter et à calibrer des expériences sur les rayons cosmiques à grande échelle pouvant s’étendre sur des milliers de kilomètres.

LHCf se compose de deux détecteurs situés le long du LHC, à 140 mètres de chaque côté du point d'impact d'ATLAS. Chacun des deux détecteurs ne pèse que 40 kilogrammes et mesure 30 cm de long, 80 cm de haut et 10 cm de large. L'expérience LHCf implique 30 scientifiques de 9 instituts dans 5 pays (novembre 2012).

TOTEM (section efficace totale, diffusion élastique et dissociation par diffraction)- une expérience avec l'installation la plus longue sur le collisionneur. Sa mission est d'étudier les protons eux-mêmes, en mesurant précisément les protons produits lors de collisions à faible angle. Cette région est connue sous le nom de direction « avant » et est inaccessible aux autres expériences LHC. Les détecteurs TOTEM s’étendent sur près d’un demi-kilomètre autour du point d’interaction CMS. TOTEM dispose de près de 3 000 kg d'équipements, dont quatre télescopes nucléaires, ainsi que 26 détecteurs de pots romains. Ce dernier type permet de positionner les détecteurs le plus près possible du faisceau de particules. L'expérience TOTEM regroupe environ 100 scientifiques issus de 16 instituts répartis dans 8 pays (août 2014).

Pourquoi le Grand collisionneur de hadrons est-il nécessaire ?

La plus grande installation scientifique internationale explore un large éventail de problèmes physiques :

Etude des quarks top. Cette particule est non seulement le quark le plus lourd, mais aussi la particule élémentaire la plus lourde. L’étude des propriétés du quark top a également du sens car il s’agit d’un outil de recherche.
Recherche et étude du boson de Higgs. Bien que le CERN affirme que le boson de Higgs a déjà été découvert (en 2012), on sait très peu de choses sur sa nature et des recherches plus approfondies pourraient apporter une plus grande clarté sur le mécanisme de son fonctionnement.

Etude du plasma quarks-gluons. Lorsque des noyaux de plomb entrent en collision à grande vitesse, il se forme dans le collisionneur. Ses recherches peuvent apporter des résultats utiles tant en physique nucléaire (amélioration de la théorie des interactions fortes) qu'en astrophysique (étude de l'Univers dans ses premiers instants d'existence).
Recherche de supersymétrie. Cette recherche vise à réfuter ou à prouver la « supersymétrie », la théorie selon laquelle chaque particule élémentaire a un partenaire plus lourd appelé « superparticule ».
Etude des collisions photon-photon et photon-hadron. Cela améliorera la compréhension des mécanismes des processus de telles collisions.
Tester des théories exotiques. Cette catégorie de tâches comprend les plus non conventionnelles - les plus « exotiques », par exemple la recherche d'univers parallèles en créant des mini-trous noirs.

En plus de ces tâches, il en existe bien d'autres, dont la solution permettra également à l'humanité de mieux comprendre la nature et le monde qui nous entoure, ce qui ouvrira à son tour des opportunités pour la création de nouvelles technologies.

Avantages pratiques du Grand collisionneur de hadrons et science fondamentale

Tout d’abord, il convient de noter que la recherche fondamentale contribue à la science fondamentale. La science appliquée traite de l'application de ces connaissances. Une partie de la société qui n’est pas consciente des avantages de la science fondamentale ne perçoit souvent pas la découverte du boson de Higgs ou la création du plasma quark-gluon comme quelque chose d’important. Le lien entre de telles études et la vie d’une personne ordinaire n’est pas évident. Regardons un court exemple avec l'énergie nucléaire :

En 1896, le physicien français Antoine Henri Becquerel découvre le phénomène de radioactivité. Pendant longtemps, on a cru que l’humanité ne passerait pas de sitôt à son utilisation industrielle. Cinq ans seulement avant le lancement du premier réacteur nucléaire de l’histoire, le grand physicien Ernest Rutherford, qui a découvert le noyau atomique en 1911, affirmait que l’énergie atomique ne trouverait jamais son application. Les experts ont réussi à repenser leur attitude à l'égard de l'énergie contenue dans le noyau d'un atome en 1939, lorsque les scientifiques allemands Lise Meitner et Otto Hahn ont découvert que les noyaux d'uranium, lorsqu'ils sont irradiés par des neutrons, se scindent en deux parties, libérant une énorme quantité d'énergie - nucléaire. énergie.

Et ce n'est qu'après ce dernier maillon d'une série de recherches fondamentales qu'est entrée en jeu la science appliquée qui, sur la base de ces découvertes, a inventé un dispositif de production d'énergie nucléaire - un réacteur atomique. L'ampleur de la découverte peut être évaluée en examinant la part de l'électricité produite par les réacteurs nucléaires. Ainsi, en Ukraine, par exemple, les centrales nucléaires représentent 56 % de la production d'électricité et en France, 76 %.

Toutes les nouvelles technologies reposent sur certaines connaissances fondamentales. Voici quelques autres brefs exemples :

En 1895, Wilhelm Conrad Roentgen remarqua que lorsqu'elle était exposée aux rayons X, une plaque photographique s'assombrissait. Aujourd'hui, la radiographie est l'un des examens les plus utilisés en médecine, permettant d'étudier l'état des organes internes et de détecter les infections et les gonflements.
En 1915, Albert Einstein proposa le sien. Aujourd'hui, cette théorie est prise en compte lors de l'exploitation de satellites GPS, qui déterminent la localisation d'un objet avec une précision de quelques mètres. Le GPS est utilisé dans les communications cellulaires, la cartographie, la surveillance des transports, mais principalement la navigation. L'erreur d'un satellite qui ne prend pas en compte la relativité générale augmenterait de 10 kilomètres par jour dès le lancement ! Et si un piéton peut utiliser son esprit et une carte papier, alors les pilotes de ligne se retrouveront dans une situation difficile, puisqu'il est impossible de naviguer dans les nuages.

Si aujourd’hui aucune application pratique des découvertes faites au LHC n’a encore été trouvée, cela ne signifie pas que les scientifiques « bricolent en vain le collisionneur ». Comme on le sait, une personne raisonnable a toujours l'intention d'obtenir le maximum d'application pratique des connaissances existantes, et donc les connaissances sur la nature accumulées au cours du processus de recherche au LHC trouveront certainement leur application, tôt ou tard. Comme cela a déjà été démontré ci-dessus, le lien entre les découvertes fondamentales et les technologies qui les utilisent peut parfois ne pas être du tout évident.

Notons enfin les découvertes dites indirectes, qui ne sont pas fixées comme objectifs initiaux de l'étude. Cela se produit assez souvent, car la réalisation d’une découverte fondamentale nécessite généralement l’introduction et l’utilisation de nouvelles technologies. Ainsi, le développement de l'optique a reçu une impulsion de la recherche spatiale fondamentale, basée sur les observations des astronomes à travers un télescope. Dans le cas du CERN, c'est ainsi qu'est apparue une technologie omniprésente : Internet, un projet proposé par Tim Berners-Lee en 1989 pour faciliter la recherche des données de l'organisation du CERN.