Pas një sërë eksperimentesh në Përplasësin e Madh të Hadronit (LHC), specialistët e Qendrës Evropiane për Kërkime Bërthamore (CERN) njoftuan zbulimin e një grimce të re të quajtur pentaquark, e parashikuar më parë nga shkencëtarët rusë.
Përplasësi i madh i Hadronit (LHC) është një përshpejtues i krijuar për të përshpejtuar grimcat elementare (në veçanti, protonet).
Ai ndodhet në Francë dhe Zvicër dhe i përket Këshillit Evropian për Kërkime Bërthamore (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire, CERN).
Në atë kohë, shkencëtarët nuk ishin saktësisht të qartë se si grimca që ata zbuluan korrespondonte me parashikimet e Modelit Standard. Deri në mars 2013, fizikanët kishin të dhëna të mjaftueshme për grimcën për ta deklaruar zyrtarisht atë si bozon Higgs.
Më 8 tetor 2013, fizikani britanik Peter Higgs dhe belgu François Engler, të cilët zbuluan mekanizmin e thyerjes së simetrisë së dobët (për shkak të kësaj shkeljeje, grimcat elementare mund të kenë masë), u nderuan me Çmimin Nobel në Fizikë për "zbulimin teorik. të një mekanizmi që ofronte njohuri për origjinën e masave të grimcave elementare.
Në dhjetor 2013, falë analizës së të dhënave duke përdorur rrjetet nervore, fizikantët e CERN-it për herë të parë gjurmuan zbërthimin e bozonit Higgs në fermione - tau lepton dhe çifte b-kuark dhe b-antiquark.
Në qershor 2014, shkencëtarët që punojnë në detektorin ATLAS, pasi përpunuan të gjitha statistikat e grumbulluara, sqaruan rezultatet e matjes së masës së bosonit Higgs. Sipas të dhënave të tyre, masa e bozonit Higgs është 125,36 ± 0,41 gigaelektronvolt. Kjo është pothuajse identike - si në vlerë ashtu edhe në saktësi - me rezultatin e shkencëtarëve që punojnë në detektorin CMS.
Në një botim të shkurtit 2015 në revistën Physical Review Letters, fizikantët deklaruan se një arsye e mundshme për mungesën pothuajse të plotë të antimateries në Univers dhe mbizotërimin e materies së zakonshme të dukshme mund të jenë lëvizjet e fushës Higgs - një strukturë e veçantë ku bozonet Higgs "live". Fizikani ruso-amerikan Alexander Kusenko nga Universiteti i Kalifornisë në Los Anxhelos (SHBA) dhe kolegët e tij besojnë se ata arritën të gjenin përgjigjen për këtë gjëegjëzë universale në të dhënat që u mblodhën nga përplasësi i madh i Hadronit gjatë fazës së parë të funksionimit të tij. , kur u zbulua bozoni Higgs, e famshmja "grimca e Zotit".
Më 14 korrik 2015, u bë e ditur se specialistët e Qendrës Evropiane për Kërkime Bërthamore (CERN), pas një sërë eksperimentesh në Përplasësin e Madh të Hadronit (LHC), njoftuan zbulimin e një grimce të re të quajtur pentakuark, e parashikuar më parë nga Shkencëtarët rusë. Studimi i vetive të pentakuarkut do të na lejojë të kuptojmë më mirë se si funksionon materia e zakonshme. Mundësia e ekzistencës së pentaquarkëve, punonjës të Institutit të Fizikës Bërthamore të Shën Petersburgut me emrin Konstantinov Dmitry Dyakonov, Maxim Polyakov dhe Viktor Petrov.
Të dhënat e mbledhura nga LHC në fazën e parë të punës lejuan fizikanët nga bashkëpunimi LHCb, i cili kërkon për grimca ekzotike në detektorin me të njëjtin emër, të "kapnin" disa grimca të pesë kuarkeve, të cilat morën emra të përkohshëm Pc(4450) + dhe Pc(4380)+. Ata kanë një masë shumë të madhe - rreth 4.4-4.5 mijë megaelektronvolt, që është rreth katër deri në pesë herë më shumë se e njëjta shifër për protonet dhe neutronet, si dhe një rrotullim mjaft të pazakontë. Për nga natyra e tyre, ata janë katër kuarkë "normalë" të ngjitur në një antikuark.
Besimi statistikor i zbulimit është nëntë sigma, që është e barabartë me një gabim të rastësishëm ose mosfunksionim të detektorit në një rast në katër milionë miliardë përpjekje (10 deri në fuqinë e 18-të).
Një nga qëllimet e lëshimit të dytë të LHC do të jetë kërkimi i lëndës së errët. Supozohet se zbulimi i një lënde të tillë do të ndihmojë në zgjidhjen e problemit të masës së fshehur, e cila, në veçanti, qëndron në shpejtësinë anormale të lartë të rrotullimit të rajoneve të jashtme të galaktikave.
Materiali u përgatit në bazë të informacionit nga RIA Novosti dhe burimeve të hapura
Historia e krijimit të përshpejtuesit, të cilin ne e njohim sot si Përplasësi i Madh i Hadronit, daton në vitin 2007. Fillimisht, kronologjia e përshpejtuesve filloi me ciklotronin. Pajisja ishte një pajisje e vogël që përshtatej lehtësisht në tavolinë. Pastaj historia e përshpejtuesve filloi të zhvillohej me shpejtësi. U shfaq sinkrofazotroni dhe sinkrotroni.
Në histori, ndoshta periudha më interesante ishte periudha nga 1956 deri në 1957. Në ato ditë, shkenca sovjetike, në veçanti fizika, nuk mbeti pas vëllezërve të saj të huaj. Duke përdorur vite përvojë, një fizikan sovjetik i quajtur Vladimir Veksler bëri një përparim në shkencë. Ai krijoi sinkrofazotronin më të fuqishëm në atë kohë. Fuqia e tij e funksionimit ishte 10 gigaelektronvolt (10 miliardë elektronvolt). Pas këtij zbulimi u krijuan mostra serioze përshpejtuesish: përplasësi i madh elektron-pozitron, përshpejtuesi zviceran, në Gjermani, SHBA. Ata të gjithë kishin një qëllim të përbashkët - studimin e grimcave themelore të kuarkeve.
Përplasësi i madh i Hadronit u krijua kryesisht falë përpjekjeve të një fizikani italian. Emri i tij është Carlo Rubbia, laureat i çmimit Nobel. Gjatë karrierës së tij, Rubbia punoi si drejtor në Organizatën Evropiane për Kërkime Bërthamore. U vendos që të ndërtohej dhe lëshohej një përplasës hadron në vendin e qendrës kërkimore.
Ku është përplasësi i hadronit?
Përplasësi ndodhet në kufirin mes Zvicrës dhe Francës. Perimetri i tij është 27 kilometra, prandaj quhet i madh. Unaza e përshpejtuesit shkon thellë nga 50 në 175 metra. Përplasësi ka 1232 magnet. Ata janë superpërcjellës, që do të thotë se fusha maksimale për nxitim mund të gjenerohet prej tyre, pasi praktikisht nuk ka konsum të energjisë në magnet të tillë. Pesha totale e çdo magneti është 3.5 ton me një gjatësi prej 14.3 metrash.
Si çdo objekt fizik, Përplasësi i Madh i Hadronit gjeneron nxehtësi. Prandaj, duhet të ftohet vazhdimisht. Për ta arritur këtë, temperatura mbahet në 1.7 K duke përdorur 12 milionë litra azot të lëngshëm. Përveç kësaj, 700 mijë litra përdoren për ftohje dhe më e rëndësishmja, përdoret një presion dhjetë herë më i ulët se presioni normal atmosferik.
Një temperaturë prej 1.7 K në shkallën Celsius është -271 gradë. Kjo temperaturë është pothuajse afër asaj që quhet kufiri minimal i mundshëm që mund të ketë një trup fizik.
Brenda tunelit nuk është më pak interesante. Ka kabllo niobium-titanium me aftësi superpërcjellëse. Gjatësia e tyre është 7600 kilometra. Pesha totale e kabllove është 1200 ton. Pjesa e brendshme e kabllit është një thurje prej 6300 telash me një distancë totale prej 1.5 miliardë kilometrash. Kjo gjatësi është e barabartë me 10 njësi astronomike. Për shembull, është e barabartë me 10 njësi të tilla.
Nëse flasim për vendndodhjen e tij gjeografike, mund të themi se unazat e përplasësit shtrihen midis qyteteve Saint-Genis dhe Forney-Voltaire, të vendosura në anën franceze, si dhe Meyrin dhe Vessourat - në anën zvicerane. Një unazë e vogël e quajtur PS kalon përgjatë diametrit të kufirit.
Kuptimi i ekzistencës
Për t'iu përgjigjur pyetjes "për çfarë shërben një përplasës hadron", duhet t'i drejtoheni shkencëtarëve. Shumë shkencëtarë thonë se kjo është shpikja më e madhe në të gjithë historinë e shkencës dhe se pa të, shkenca siç e njohim sot thjesht nuk ka asnjë kuptim. Ekzistenca dhe lëshimi i Përplasësit të Madh të Hadronit është interesant sepse kur grimcat përplasen në përplasësin e hadronit, ndodh një shpërthim. Të gjitha grimcat më të vogla shpërndahen në drejtime të ndryshme. Formohen grimca të reja që mund të shpjegojnë ekzistencën dhe kuptimin e shumë gjërave.
Gjëja e parë që shkencëtarët u përpoqën të gjenin në këto grimca të përplasura ishte një grimcë elementare e parashikuar teorikisht nga fizikani Peter Higgs, i quajtur Kjo grimcë e mahnitshme është një bartës informacioni, besohet. Zakonisht quhet edhe "grimca e Zotit". Zbulimi i tij do t'i sillte shkencëtarët më afër kuptimit të universit. Duhet të theksohet se në vitin 2012, më 4 korrik, përplasësi i hadronit (nisja e tij ishte pjesërisht e suksesshme) ndihmoi në zbulimin e një grimce të ngjashme. Sot, shkencëtarët po përpiqen ta studiojnë atë në më shumë detaje.
Sa gjatë...
Natyrisht, menjëherë lind pyetja: pse shkencëtarët i kanë studiuar këto grimca për kaq gjatë? Nëse keni një pajisje, mund ta ekzekutoni atë dhe të merrni gjithnjë e më shumë të dhëna çdo herë. Fakti është se përdorimi i një përplasësi hadron është një propozim i shtrenjtë. Një lëshim kushton shumë para. Për shembull, konsumi vjetor i energjisë është 800 milion kWh. Kjo sasi energjie konsumohet nga një qytet me një popullsi prej rreth 100 mijë njerëz, sipas standardeve mesatare. Dhe kjo nuk përfshin kostot e mirëmbajtjes. Një arsye tjetër është se në përplasësin e hadronit, shpërthimi që ndodh kur protonet përplasen shoqërohet me marrjen e një sasie të madhe të dhënash: kompjuterët lexojnë aq shumë informacion sa kërkon shumë kohë për t'u përpunuar. Edhe pse fuqia e kompjuterëve që marrin informacion është e madhe edhe për standardet e sotme.
Arsyeja tjetër nuk është më pak e njohur Shkencëtarët që punojnë me përplasësin në këtë drejtim janë të sigurt se spektri i dukshëm i të gjithë universit është vetëm 4%. Supozohet se ato që mbeten janë materia e errët dhe energjia e errët. Ata po përpiqen të provojnë eksperimentalisht se kjo teori është e saktë.
Përplasësi i Hadronit: pro ose kundër
Teoria e paraqitur e materies së errët ka hedhur dyshime mbi sigurinë e përplasësit të hadronit. U ngrit pyetja: "Përplasësi i Hadronit: pro apo kundër?" Ai shqetësoi shumë shkencëtarë. Të gjitha mendjet e mëdha të botës ndahen në dy kategori. "Kundërshtarët" parashtruan një teori interesante se nëse një lëndë e tillë ekziston, atëherë ajo duhet të ketë një grimcë të kundërt me të. Dhe kur grimcat përplasen në përshpejtues, shfaqet një pjesë e errët. Kishte rrezik që pjesa e errët dhe ajo që ne shohim të përplaseshin. Atëherë kjo mund të çojë në vdekjen e të gjithë universit. Sidoqoftë, pas lëshimit të parë të përplasësit të hadronit, kjo teori u prish pjesërisht.
Më pas për nga rëndësia vjen shpërthimi i universit, ose më mirë, lindja. Besohet se gjatë një përplasjeje është e mundur të vëzhgohet se si u soll universi në sekondat e para të ekzistencës së tij. Mënyra se si u duk pas Big Bengut filloi. Besohet se procesi i përplasjeve të grimcave është shumë i ngjashëm me atë që ndodhi në fillimin e universit.
Një tjetër ide po aq fantastike që shkencëtarët po testojnë janë modelet ekzotike. Duket e pabesueshme, por ekziston një teori që sugjeron se ka dimensione dhe universe të tjera me njerëz të ngjashëm me ne. Dhe çuditërisht, përshpejtuesi mund të ndihmojë edhe këtu.
E thënë thjesht, qëllimi i përshpejtuesit është të kuptojë se çfarë është universi, si u krijua dhe të provojë ose hedh poshtë të gjitha teoritë ekzistuese rreth grimcave dhe fenomeneve të lidhura me to. Sigurisht, kjo do të marrë vite, por me çdo lëshim dalin zbulime të reja që revolucionarizojnë botën e shkencës.
Fakte rreth përshpejtuesit
Të gjithë e dinë se një përshpejtues përshpejton grimcat në 99% të shpejtësisë së dritës, por jo shumë njerëz e dinë se përqindja është 99.9999991% e shpejtësisë së dritës. Kjo figurë e mahnitshme ka kuptim falë dizajnit të përsosur dhe magnetëve të fuqishëm të përshpejtimit. Ka edhe disa fakte më pak të njohura për t'u shënuar.
Përafërsisht 100 milionë rrjedhat e të dhënave që vijnë nga secili prej dy detektorëve kryesorë mund të mbushin më shumë se 100,000 CD-ROM në pak sekonda. Në vetëm një muaj, numri i disqeve do të arrinte një lartësi të tillë, saqë nëse do të grumbulloheshin, do të mjaftonin për të arritur në Hënë. Prandaj, u vendos që të mblidhen jo të gjitha të dhënat që vijnë nga detektorët, por vetëm ato që do të lejohen të përdoren nga sistemi i mbledhjes së të dhënave, i cili në fakt vepron si filtër për të dhënat e marra. U vendos që të regjistroheshin vetëm 100 ngjarje të ndodhura në momentin e shpërthimit. Këto ngjarje do të regjistrohen në arkivin e qendrës kompjuterike Large Hadron Collider, e cila ndodhet në Laboratorin Evropian për Fizikën e Grimcave, që është edhe vendndodhja e përshpejtuesit. Ajo që do të regjistrohet nuk do të jenë ato ngjarje që janë regjistruar, por ato që janë me interes më të madh për komunitetin shkencor.
Pas përpunimit
Pasi të regjistrohen, qindra kilobajt të dhëna do të përpunohen. Për këtë qëllim përdoren më shumë se dy mijë kompjuterë të vendosur në CERN. Detyra e këtyre kompjuterëve është të përpunojnë të dhënat primare dhe të formojnë një bazë të dhënash prej tyre që do të jetë e përshtatshme për analiza të mëtejshme. Më pas, fluksi i të dhënave të gjeneruara do të dërgohet në rrjetin kompjuterik GRID. Ky rrjet interneti bashkon mijëra kompjuterë të vendosur në institute të ndryshme në mbarë botën dhe lidh më shumë se njëqind qendra të mëdha të vendosura në tre kontinente. Të gjitha qendrat e tilla janë të lidhura me CERN duke përdorur fibra optike për shpejtësi maksimale të transferimit të të dhënave.
Duke folur për fakte, duhet të përmendim edhe treguesit fizikë të strukturës. Tuneli i përshpejtuesit devijohet me 1.4% nga rrafshi horizontal. Kjo është bërë kryesisht për të vendosur pjesën më të madhe të tunelit të përshpejtuesit në një shkëmb monolit. Kështu, thellësia e vendosjes në anët e kundërta është e ndryshme. Nëse llogarisim nga ana e liqenit, i cili ndodhet afër Gjenevës, atëherë thellësia do të jetë 50 metra. Pjesa e kundërt ka një thellësi prej 175 metrash.
Gjëja interesante është se fazat hënore ndikojnë në përshpejtuesin. Duket se si një objekt kaq i largët mund të ndikojë në një distancë të tillë. Megjithatë, është vërejtur se gjatë hënës së plotë, kur ndodh batica, toka në zonën e Gjenevës rritet deri në 25 centimetra. Kjo ndikon në gjatësinë e përplasësit. Kështu, gjatësia rritet me 1 milimetër, dhe energjia e rrezes gjithashtu ndryshon me 0,02%. Meqenëse energjia e rrezes duhet të kontrollohet deri në 0.002%, studiuesit duhet ta marrin parasysh këtë fenomen.
Është gjithashtu interesante që tuneli i përplasjes ka formën e një tetëkëndëshi, dhe jo një rrethi, siç e imagjinojnë shumë. Këndet krijohen nga seksione të shkurtra. Ato përmbajnë detektorë të instaluar, si dhe një sistem që kontrollon rrezen e grimcave përshpejtuese.
Struktura
Hadron Collider, lëshimi i të cilit përfshin shumë pjesë dhe shumë eksitim midis shkencëtarëve, është një pajisje e mahnitshme. I gjithë përshpejtuesi përbëhet nga dy unaza. Unaza e vogël quhet Proton Synchrotron ose, për të përdorur shkurtesat e saj, PS. Unaza e Madhe është Super Proton Synchrotron, ose SPS. Së bashku, të dy unazat lejojnë që pjesët të përshpejtohen në 99.9% të shpejtësisë së dritës. Në të njëjtën kohë, përplasësi gjithashtu rrit energjinë e protoneve, duke rritur energjinë totale të tyre me 16 herë. Gjithashtu lejon që grimcat të përplasen me njëra-tjetrën afërsisht 30 milionë herë/s. brenda 10 orëve. 4 detektorët kryesorë prodhojnë të paktën 100 terabajt të dhëna dixhitale në sekondë. Marrja e të dhënave përcaktohet nga faktorë individualë. Për shembull, ata mund të zbulojnë grimcat elementare që kanë një ngarkesë elektrike negative dhe gjithashtu kanë gjysmë rrotullim. Meqenëse këto grimca janë të paqëndrueshme, zbulimi i tyre i drejtpërdrejtë është i pamundur vetëm të zbulohet energjia e tyre, e cila do të emetohet në një kënd të caktuar ndaj boshtit të rrezes. Kjo fazë quhet niveli i parë i nisjes. Kjo fazë monitorohet nga më shumë se 100 borde speciale të përpunimit të të dhënave, të cilat kanë të integruar logjikën e zbatimit. Kjo pjesë e punës karakterizohet nga fakti se gjatë periudhës së marrjes së të dhënave, përzgjidhen më shumë se 100 mijë blloqe të dhënash në sekondë. Këto të dhëna më pas do të përdoren për analizë, e cila ndodh duke përdorur një mekanizëm të nivelit më të lartë.
Sistemet në nivelin tjetër, përkundrazi, marrin informacion nga të gjitha fijet e detektorëve. Softueri i detektorit funksionon në një rrjet. Atje do të përdorë një numër të madh kompjuterësh për të përpunuar blloqet pasuese të të dhënave, koha mesatare midis blloqeve është 10 mikrosekonda. Programet do të duhet të krijojnë shenja grimcash që korrespondojnë me pikat origjinale. Rezultati do të jetë një grup i gjeneruar i të dhënave që përbëhet nga impulsi, energjia, trajektorja dhe të tjera që u ngritën gjatë një ngjarjeje.
Pjesë përshpejtues
I gjithë përshpejtuesi mund të ndahet në 5 pjesë kryesore:
1) Përshpejtuesi i përplasësit elektron-pozitron. Pjesa përbëhet nga rreth 7 mijë magnet me veti superpërçuese. Me ndihmën e tyre, rrezja drejtohet përmes një tuneli rrethor. Ata gjithashtu përqendrojnë rrezen në një rrjedhë, gjerësia e së cilës zvogëlohet në gjerësinë e një qime.
2) Solenoid kompakt muon. Ky është një detektor me qëllim të përgjithshëm. Një detektor i tillë përdoret për të kërkuar fenomene të reja dhe, për shembull, për të kërkuar grimcat Higgs.
3) Detektor LHCb. Rëndësia e kësaj pajisjeje është kërkimi i kuarkeve dhe grimcave të tyre të kundërta - antikuarkeve.
4) Instalim toroidal ATLAS. Ky detektor është krijuar për të zbuluar muonet.
5) Alice. Ky detektor kap përplasjet e joneve të plumbit dhe përplasjet proton-proton.
Probleme gjatë nisjes së përplasësit të Hadronit
Përkundër faktit se prania e teknologjisë së lartë eliminon mundësinë e gabimeve, në praktikë gjithçka është ndryshe. Gjatë montimit të përshpejtuesit, ndodhën vonesa dhe dështime. Duhet thënë se kjo situatë nuk ishte e papritur. Pajisja përmban kaq shumë nuanca dhe kërkon një saktësi të tillë që shkencëtarët prisnin rezultate të ngjashme. Për shembull, një nga problemet me të cilat u përballën shkencëtarët gjatë lëshimit ishte dështimi i magnetit që fokusoi rrezet e protonit menjëherë përpara përplasjes së tyre. Ky aksident i rëndë u shkaktua nga shkatërrimi i një pjese të fiksimit për shkak të humbjes së superpërçueshmërisë nga magneti.
Ky problem ka ndodhur në vitin 2007. Për shkak të kësaj, lëshimi i përplasësit u shty disa herë, dhe vetëm në qershor u bë lëshimi pothuajse një vit më vonë.
Lëshimi i fundit i përplasësit ishte i suksesshëm, duke mbledhur shumë terabajt të dhëna.
Hadron Collider, i cili u lançua në 5 Prill 2015, po funksionon me sukses. Gjatë një muaji, trarët do të lëvizin rreth unazës, duke rritur gradualisht fuqinë e tyre. Nuk ka asnjë qëllim për studimin si i tillë. Energjia e përplasjes së rrezes do të rritet. Vlera do të rritet nga 7 TeV në 13 TeV. Një rritje e tillë do të na lejojë të shohim mundësi të reja në përplasjet e grimcave.
Në vitin 2013 dhe 2014 U bënë kontrolle të rënda teknike të tuneleve, përshpejtuesve, detektorëve dhe pajisjeve të tjera. Rezultati ishte 18 magnet bipolarë me funksion superpërcjellës. Duhet theksuar se numri total i tyre është 1232 copë. Megjithatë, magnetët e mbetur nuk kaluan pa u vënë re. Në pjesën tjetër u ndërruan sistemet e mbrojtjes së ftohjes dhe u vendosën të përmirësuara. Sistemi magnetik i ftohjes është përmirësuar gjithashtu. Kjo u lejon atyre të qëndrojnë në temperatura të ulëta me fuqi maksimale.
Nëse gjithçka shkon mirë, lëshimi i ardhshëm i përshpejtuesit do të bëhet vetëm pas tre vjetësh. Pas kësaj periudhe, planifikohet puna e planifikuar për përmirësimin dhe inspektimin teknik të përplasësit.
Duhet të theksohet se riparimet kushtojnë një qindarkë të bukur, pa marrë parasysh koston. Hadron Collider, që nga viti 2010, ka një çmim prej 7.5 miliardë euro. Kjo shifër e vendos të gjithë projektin në vendin e parë në listën e projekteve më të shtrenjta në historinë e shkencës.
Përplasësi i Madh i Hadronit (LHC) është një përshpejtues i grimcave të ngarkuara që do t'i ndihmojë fizikantët të mësojnë shumë më tepër për vetitë e materies sesa dihej më parë. Përshpejtuesit përdoren për të prodhuar grimca elementare të ngarkuara me energji të lartë. Funksionimi i pothuajse çdo përshpejtuesi bazohet në ndërveprimin e grimcave të ngarkuara me fushat elektrike dhe magnetike. Fusha elektrike punon drejtpërdrejt mbi grimcën, domethënë rrit energjinë e saj, dhe fusha magnetike, duke krijuar forcën e Lorencit, vetëm e devijon grimcën pa ndryshuar energjinë e saj dhe vendos orbitën në të cilën lëvizin grimcat.
Një përplasës (anglisht përplasje - "përplasja") është një përshpejtues që përdor trarët përplasës, i krijuar për të studiuar produktet e përplasjeve të tyre. Ju lejon të jepni energji të lartë kinetike në grimcat elementare të materies, t'i drejtoni ato drejt njëra-tjetrës në mënyrë që të prodhojnë një përplasje.
Pse "hadron i madh"
Përplasësi quhet i madh, në fakt, për shkak të madhësisë së tij. Gjatësia e unazës kryesore të përshpejtuesit është 26,659 m; hadronike - për faktin se përshpejton hadronet, domethënë grimcat e rënda të përbëra nga kuarke.
LHC u ndërtua në qendrën kërkimore të Këshillit Evropian për Kërkime Bërthamore (CERN), në kufirin e Zvicrës dhe Francës, afër Gjenevës. Sot LHC është objekti më i madh eksperimental në botë. Drejtuesi i këtij projekti në shkallë të gjerë është fizikanti britanik Lyn Evans, dhe më shumë se 10 mijë shkencëtarë dhe inxhinierë nga më shumë se 100 vende morën dhe po marrin pjesë në ndërtim dhe kërkim.
Një ekskursion i shkurtër në histori
Në fund të viteve 60 të shekullit të kaluar, fizikanët zhvilluan të ashtuquajturin Model Standard. Ai kombinon tre nga katër ndërveprimet themelore - të fortë, të dobët dhe elektromagnetik. Ndërveprimi gravitacional ende përshkruhet në termat e relativitetit të përgjithshëm. Kjo do të thotë, sot ndërveprimet themelore përshkruhen nga dy teori përgjithësisht të pranuara: teoria e përgjithshme e relativitetit dhe modeli standard.
Besohet se modeli standard duhet të jetë pjesë e një teorie më të thellë të strukturës së mikrobotës, pjesë që është e dukshme në eksperimentet në përplasësit me energji nën rreth 1 TeV (teraelektronvolt). Qëllimi kryesor i Përplasësit të Madh të Hadronit është të marrë të paktën të dhënat e para se çfarë është kjo teori më e thellë.
Qëllimet kryesore të përplasësit përfshijnë gjithashtu zbulimin dhe konfirmimin e bozonit Higgs. Ky zbulim do të konfirmonte Modelin Standard të origjinës së grimcave elementare atomike dhe materies standarde. Kur përplasësi funksionon me fuqi të plotë, integriteti i Modelit Standard do të shkatërrohet. Grimcat elementare, vetitë e të cilave ne i kuptojmë vetëm pjesërisht, nuk do të jenë në gjendje të ruajnë integritetin e tyre strukturor. Modeli Standard ka një kufi të sipërm të energjisë prej 1 TeV, mbi të cilin një grimcë zbërthehet. Me një energji prej 7 TeV, mund të krijohen grimca me masë dhjetë herë më të madhe se ato të njohura aktualisht.
Specifikimet
Pritet të përplaset në protonet e përshpejtuesit me një energji totale prej 14 TeV (d.m.th., 14 teraelektronvolt ose 14·1012 elektronvolt) në sistemin e qendrës së masës së grimcave rënëse, si dhe bërthamat e plumbit me energji prej 5 GeV (5·109 elektronvolt) për çdo çift nukleonesh që përplasen.
Shkëlqimi i LHC gjatë javëve të para të funksionimit të tij nuk ishte më shumë se 1029 grimca/cm²·s, megjithatë, ajo vazhdon të rritet vazhdimisht. Qëllimi është të arrihet një shkëlqim nominal prej 1,7 × 1034 grimca/cm² s, që është i njëjti rend i madhësisë si ndriçimi i BaBar (SLAC, SHBA) dhe Belle (KEK, Japoni).
Përshpejtuesi ndodhet në të njëjtin tunel që më parë zinte përplasësin e madh elektron-pozitron, nëntokë në Francë dhe Zvicër. Thellësia e tunelit është nga 50 në 175 metra, dhe unaza e tunelit është e pjerrët me afërsisht 1.4% në raport me sipërfaqen e tokës. Për të mbajtur, korrigjuar dhe fokusuar rrezet e protonit, përdoren 1624 magnet superpërcjellës, gjatësia totale e të cilave i kalon 22 km. Magnetët funksionojnë në një temperaturë prej 1,9 K (−271 °C), e cila është pak më poshtë se temperatura në të cilën heliumi bëhet superfluid.
Detektorë BAK
LHC ka 4 detektorë kryesorë dhe 3 ndihmës:
- ALICE (A Large Jon Collider Experiment)
- ATLAS (A Toroidal LHC Aparat)
- CMS (Solenoid kompakt muon)
- LHCb (Eksperimenti i bukurisë së Përplasësit të Madh të Hadronit)
- TOTEM (Matja totale elastike dhe e seksionit kryq difraktiv)
- LHCf (Përplasësi i madh i Hadronit përpara)
- MoEDAL (Detektori i monopoleve dhe ekzotikëve në LHC).
E para prej tyre është konfiguruar për të studiuar përplasjet e rënda të joneve. Temperatura dhe dendësia e energjisë e lëndës bërthamore të formuar në këtë rast është e mjaftueshme për lindjen e plazmës gluon. Sistemi i gjurmimit të brendshëm (ITS) në ALICE përbëhet nga gjashtë shtresa cilindrike të sensorëve të silikonit që rrethojnë pikën e goditjes dhe matin vetitë dhe pozicionet e sakta të grimcave që dalin. Në këtë mënyrë, grimcat që përmbajnë një kuark të rëndë mund të zbulohen lehtësisht.
E dyta është projektuar për të studiuar përplasjet midis protoneve. ATLAS është 44 metra i gjatë, 25 metra në diametër dhe peshon afërsisht 7000 tonë. Në qendër të tunelit përplasen rreze protonesh, duke e bërë atë sensorin më të madh dhe më kompleks të këtij lloji të ndërtuar ndonjëherë. Sensori regjistron gjithçka që ndodh gjatë dhe pas përplasjes së protonit. Qëllimi i projektit është të zbulojë grimcat që nuk janë regjistruar ose zbuluar më parë në universin tonë.
CMS është një nga dy detektorët e mëdhenj universalë të grimcave në LHC. Rreth 3,600 shkencëtarë nga 183 laboratorë dhe universitete në 38 vende mbështesin punën e CMS (Fotoja tregon pajisjen CMS).
Shtresa më e brendshme është gjurmuesi me bazë silikoni. Gjurmuesi është sensori më i madh i silikonit në botë. Ka 205 m2 sensorë silikoni (përafërsisht sipërfaqja e një fushë tenisi) që përfshin 76 milionë kanale. Gjurmuesi ju lejon të matni gjurmët e grimcave të ngarkuara në një fushë elektromagnetike.
Në nivelin e dytë ka një kalorimetër elektromagnetik. Kalorimetri i Hadronit, në nivelin tjetër, mat energjinë e hadroneve individuale të prodhuara në secilin rast.
Shtresa tjetër e përplasësit të madh të Hadronit CMS është një magnet i madh. Magneti i madh solenoid është 13 metra i gjatë dhe ka një diametër 6 metra. Ai përbëhet nga mbështjellje të ftohta të bëra nga niobium dhe titan. Ky magnet i madh solenoid funksionon me forcë të plotë për të maksimizuar jetëgjatësinë e grimcave të magnetit solenoid.
Shtresa e pestë është detektorë muon dhe një zgjedhë kthimi. CMS është krijuar për të hetuar llojet e ndryshme të fizikës që mund të zbulohen në përplasjet energjike të LHC. Disa nga këto kërkime janë për të konfirmuar ose përmirësuar matjet e parametrave të Modelit Standard, ndërsa shumë të tjerë janë në kërkim të fizikës së re.
Mund të flisni shumë për përplasësin e madh të Hadronit për një kohë të gjatë. Shpresojmë që artikulli ynë të ndihmoi për të kuptuar se çfarë është LHC dhe pse shkencëtarët kanë nevojë për të.
Këtë vit, shkencëtarët planifikojnë të riprodhojnë në një laborator bërthamor ato kushte të largëta të pacenuara kur nuk kishte protone dhe neutrone, por një plazmë të vazhdueshme kuark-gluon. Me fjalë të tjera, studiuesit shpresojnë të shohin botën e grimcave elementare ashtu siç ishte vetëm një pjesë e mikrosekondave pas Big Bengut, domethënë pas formimit të Universit. Programi quhet "Si filloi gjithçka". Përveç kësaj, për më shumë se 30 vjet, teoritë janë ndërtuar në botën shkencore për të shpjeguar praninë e masës në grimcat elementare. Njëri prej tyre sugjeron ekzistencën e bozonit Higgs. Kjo grimcë elementare quhet edhe hyjnore. Siç tha një nga punonjësit e CERN-it, "pasi kam kapur gjurmët e bozonit Higgs, do të vij te gjyshja ime dhe do t'i them: shiko, të lutem, për shkak të kësaj gjëje të vogël ke kaq shumë kilogramë të tepërt". Por ekzistenca e bozonit ende nuk është konfirmuar eksperimentalisht: të gjitha shpresat qëndrojnë në përshpejtuesin LHC.
Përplasësi i Madh i Hadronit është një përshpejtues i grimcave që do t'i lejojë fizikanët të depërtojnë në materie më thellë se kurrë më parë. Thelbi i punës në përplasës është të studiohet përplasja e dy rrezeve të protoneve me një energji totale prej 14 TeV për proton. Kjo energji është miliona herë më e madhe se energjia e çliruar në një akt të vetëm të shkrirjes termonukleare. Përveç kësaj, do të kryhen eksperimente me bërthamat e plumbit që përplasen me një energji prej 1150 TeV.
Përshpejtuesi LHC do të sigurojë një hap të ri në një seri zbulimesh grimcash që filluan një shekull më parë. Në atë kohë, shkencëtarët sapo kishin zbuluar të gjitha llojet e rrezeve misterioze: rrezet X, rrezatimi katodik. Nga vijnë ata, a është origjina e tyre e së njëjtës natyrë dhe, nëse po, cila është ajo?
Sot kemi përgjigje për pyetjet që na lejojnë të kuptojmë shumë më mirë origjinën e Universit. Megjithatë, në fillim të shekullit të 21-të, ne përballemi me pyetje të reja, përgjigjet për të cilat shkencëtarët shpresojnë t'i marrin me ndihmën e përshpejtuesit LHC. Dhe kush e di se cilat fusha të reja të njohurive njerëzore do të sjellë kërkimi i ardhshëm. Ndërkohë, njohuritë tona për Universin janë të pamjaftueshme.
Anëtari korrespondues i Akademisë së Shkencave Ruse nga Instituti i Fizikës së Energjisë së Lartë Sergei Denisov komenton:
- Në këtë përplasës marrin pjesë shumë fizikanë rusë, të cilët lidhin shpresa të caktuara në zbulimet që mund të ndodhin atje. Ngjarja kryesore që mund të ndodhë është zbulimi i të ashtuquajturës grimcë hipotetike Higgs (Peter Higgs është një fizikant i shquar skocez.). Roli i kësaj grimce është jashtëzakonisht i rëndësishëm. Ai është përgjegjës për formimin e masës së grimcave të tjera elementare. Nëse zbulohet një grimcë e tillë, do të jetë zbulimi më i madh. Ai do të konfirmonte të ashtuquajturin Model Standard, i cili tani përdoret gjerësisht për të përshkruar të gjitha proceset në mikrokozmos. Derisa të zbulohet kjo grimcë, ky model nuk mund të konsiderohet plotësisht i vërtetuar dhe i konfirmuar. Kjo është, natyrisht, gjëja e parë që shkencëtarët presin nga ky përplasës (LHC).
Edhe pse, në përgjithësi, askush nuk e konsideron këtë Model Standard të jetë e vërteta përfundimtare. Dhe, ka shumë të ngjarë, sipas shumicës së teoricienëve, është një përafrim ose, nganjëherë ata thonë, një "përafrim me energji të ulët" me një teori më të përgjithshme, e cila përshkruan botën në distanca një milion herë më të vogël se madhësia e bërthamave. Është sikur teoria e Njutonit të jetë një "përafrim me energji të ulët" me teorinë e relativitetit të Ajnshtajnit. Detyra e dytë e rëndësishme që lidhet me përplasësin është të përpiqet të lëvizë përtej kufijve të këtij Modeli shumë Standard, domethënë të bëjë kalimin në intervale të reja hapësirë-kohore.
Fizikanët do të jenë në gjendje të kuptojnë se në cilin drejtim duhet të lëvizin për të ndërtuar një teori më të bukur dhe më të përgjithshme të fizikës, e cila do të jetë ekuivalente me intervale kaq të vogla hapësirë-kohore. Proceset që studiohen atje në thelb riprodhojnë procesin e formimit të Universit, siç thonë ata, "në momentin e Big Bengut". Natyrisht, kjo është për ata që besojnë në këtë teori se Universi është krijuar në këtë mënyrë: një shpërthim, pastaj përpunohet me energji super të larta. Udhëtimi në kohë që diskutohet mund të lidhet me këtë Big Bang.
Sido që të jetë, LHC është një përparim mjaft serioz në thellësitë e mikrobotës. Prandaj, mund të hapen gjëra krejtësisht të papritura. Unë do të them një gjë: vetitë krejtësisht të reja të hapësirës dhe kohës mund të zbulohen në LHC. Në çfarë drejtimi do të hapen është e vështirë të thuhet tani. Gjëja kryesore është të depërtoni gjithnjë e më tej.
Referenca
Organizata Evropiane për Kërkime Bërthamore (CERN) është qendra më e madhe kërkimore në botë në fushën e fizikës së grimcave. Deri më sot, numri i vendeve pjesëmarrëse është rritur në 20. Rreth 7,000 shkencëtarë që përfaqësojnë 500 qendra kërkimore dhe universitete përdorin pajisjet eksperimentale të CERN. Nga rruga, Instituti Rus i Fizikës Bërthamore SB RAS ishte gjithashtu i përfshirë drejtpërdrejt në punën në Përplasësin e Madh të Hadronit. Specialistët tanë janë aktualisht të zënë me instalimin dhe testimin e pajisjeve që janë zhvilluar dhe prodhuar në Rusi për këtë përshpejtues. Përplasësi i madh Hadron pritet të nisë në maj 2008. Siç tha Lyn Evans, kreu i projektit, përshpejtuesit i mungon vetëm një pjesë - një buton i madh i kuq.
Lajmi për eksperimentin që po kryhet në Evropë tronditi paqen publike, duke u ngjitur në krye të listës së temave të diskutuara. Përplasësi i Hadronit u shfaq kudo - në TV, në shtyp dhe në internet. Çfarë mund të themi nëse përdoruesit e LJ krijojnë komunitete të veçanta ku qindra njerëz të kujdesshëm kanë shprehur tashmë në mënyrë aktive mendimet e tyre për idenë e re të shkencës. “Delo” ju ofron 10 fakte që nuk mund të mos i dini përplasës hadron.
Një frazë misterioze shkencore pushon së qeni e tillë sapo të kuptojmë kuptimin e secilës prej fjalëve. Hadroni– emri i një klase grimcash elementare. Përplasës- një përshpejtues i veçantë me ndihmën e të cilit është e mundur të transferohet energji e lartë në grimcat elementare të materies dhe, duke i përshpejtuar ato në shpejtësinë më të lartë, të riprodhojë përplasjen e tyre me njëra-tjetrën.
2. Pse të gjithë flasin për të?
Sipas shkencëtarëve në Qendrën Evropiane për Kërkime Bërthamore CERN, eksperimenti do të bëjë të mundur riprodhimin në miniaturë të shpërthimit që rezultoi në formimin e Universit miliarda vjet më parë. Megjithatë, ajo që është më e shqetësuar për publikun është se cilat do të jenë pasojat e mini-shpërthimit për planetin nëse eksperimenti dështon. Sipas disa shkencëtarëve, si rezultat i përplasjes së grimcave elementare që fluturojnë me shpejtësi ultra-relativiste në drejtime të kundërta, do të formohen vrima të zeza mikroskopike dhe grimca të tjera të rrezikshme do të fluturojnë jashtë. Nuk ka asnjë pikë të veçantë të mbështetemi në rrezatim të veçantë që çon në avullimin e vrimave të zeza - nuk ka asnjë provë eksperimentale që funksionon. Kjo është arsyeja pse mosbesimi lind në një risi të tillë shkencore, e nxitur në mënyrë aktive nga shkencëtarët skeptikë.
3. Si funksionon kjo gjë?
Grimcat elementare përshpejtohen në orbita të ndryshme në drejtime të kundërta, pas së cilës ato vendosen në një orbitë. Vlera e pajisjes së ndërlikuar është se falë saj, shkencëtarët kanë mundësinë të studiojnë produktet e përplasjeve të grimcave elementare, të regjistruara nga detektorë specialë në formën e kamerave dixhitale me rezolucion 150 megapikselë, të aftë për të marrë 600 milionë korniza për. e dyta.
4. Kur lindi ideja për të krijuar një përplasës?
Ideja për të ndërtuar makinën lindi në vitin 1984, por ndërtimi i tunelit filloi vetëm në vitin 2001. Përshpejtuesi ndodhet në të njëjtin tunel ku ndodhej përshpejtuesi i mëparshëm, përplasësi i madh elektron-pozitron. Unaza 26.7 kilometra është e vendosur në një thellësi prej rreth njëqind metrash nën tokë në Francë dhe Zvicër. Më 10 shtator, rrezja e parë e protoneve u lëshua në përshpejtues. Rrezi i dytë do të lëshohet në ditët në vijim.
5. Sa kushtoi ndërtimi?
Qindra shkencëtarë nga e gjithë bota, përfshirë ata rusë, morën pjesë në zhvillimin e projektit. Kostoja e tij llogaritet në 10 miliardë dollarë, nga të cilat Shtetet e Bashkuara investuan 531 milionë në ndërtimin e përplasësit të hadronit.
6. Çfarë kontributi dha Ukraina në krijimin e përshpejtuesit?
Shkencëtarët nga Instituti Ukrainas i Fizikës Teorike morën pjesë të drejtpërdrejtë në ndërtimin e përplasësit të hadronit. Ata zhvilluan një sistem gjurmimi të brendshëm (ITS) posaçërisht për kërkime. Ajo është zemra e "Alice" - pjesë përplasës, ku duhet të ndodhë një "big bang" në miniaturë. Natyrisht, kjo nuk është pjesa më pak e rëndësishme e makinës. Ukraina duhet të paguajë 200 mijë hryvnia në vit për të drejtën për të marrë pjesë në projekt. Kjo është 500-1000 herë më pak se kontributet në projekt nga vendet e tjera.
7. Kur duhet të presim fundin e botës?
Eksperimenti i parë mbi përplasjen e rrezeve të grimcave elementare është planifikuar për 21 tetor. Deri në këtë kohë, shkencëtarët planifikojnë të përshpejtojnë grimcat në shpejtësi afër shpejtësisë së dritës. Sipas teorisë së përgjithshme të relativitetit të Ajnshtajnit, vrimat e zeza nuk na kërcënojnë. Megjithatë, nëse teoritë me dimensione shtesë hapësinore rezultojnë të sakta, ne nuk kemi shumë kohë për të zgjidhur të gjitha çështjet tona në planetin Tokë.
8. Pse vrimat e zeza janë të frikshme?
Vrimë e zezë- një rajon në hapësirë-kohë, tërheqja gravitacionale e të cilit është aq e fortë sa që edhe objektet që lëvizin me shpejtësinë e dritës nuk mund ta lënë atë. Ekzistenca e vrimave të zeza konfirmohet nga zgjidhjet e ekuacioneve të Ajnshtajnit. Përkundër faktit se shumë tashmë imagjinojnë se si vrima e zezë e formuar në Evropë, duke u rritur, do të gëlltisë të gjithë planetin, nuk ka nevojë të bjerë alarmi. Vrimat e zeza, e cila, sipas disa teorive, mund të shfaqet gjatë punës përplasës, sipas të njëjtave teori, do të ekzistojnë për një periudhë kaq të shkurtër kohore saqë ata thjesht nuk do të kenë kohë për të filluar procesin e thithjes së materies. Sipas disa shkencëtarëve, ata nuk do të kenë kohë as të arrijnë muret e përplasësit.
9. Si mund të jetë i dobishëm kërkimi?
Përveç faktit që këto studime janë një tjetër arritje e pabesueshme e shkencës që do t'i lejojë njerëzimit të njohë përbërjen e grimcave elementare, ky nuk është i gjithë fitimi për të cilin njerëzimi ndërmori një rrezik të tillë. Ndoshta në të ardhmen e afërt ju dhe unë do të jemi në gjendje të shohim dinosaurët me sytë tanë dhe të diskutojmë strategjitë ushtarake më efektive me Napoleonin. Shkencëtarët rusë besojnë se si rezultat i eksperimentit, njerëzimi do të jetë në gjendje të krijojë një makinë kohe.
10. Si të gjejmë si shkencërisht të zgjuar me përplasësin e Hadronit?
Dhe së fundi, nëse dikush, i armatosur me një përgjigje paraprakisht, ju pyet se çfarë është një përplasës hadron, ne ju ofrojmë një përgjigje të denjë që mund të befasojë këndshëm këdo. Pra, lidhni rripat e sigurimit! Përplasësi i Hadronit është një përshpejtues i grimcave të ngarkuara i krijuar për të përshpejtuar protonet dhe jonet e rënda në rrezet që përplasen. E ndërtuar në qendrën kërkimore të Këshillit Evropian për Kërkime Bërthamore, është një tunel 27 kilometra i shtrirë në një thellësi prej 100 metrash. Për shkak se protonet janë të ngarkuar elektrikisht, një proton ultrarelativist prodhon një re me fotone pothuajse reale që fluturojnë afër protonit. Kjo rrymë fotonesh bëhet edhe më e fortë në regjimin e përplasjes bërthamore, për shkak të ngarkesës së madhe elektrike të bërthamës. Ato mund të përplasen ose me një proton që vjen, duke gjeneruar përplasje tipike foton-hadron, ose me njëri-tjetrin. Shkencëtarët kanë frikë se si rezultat i eksperimentit, në hapësirë mund të formohen “tunele” hapësirë-kohë, të cilat janë një tipar tipologjik i hapësirë-kohës. Si rezultat i eksperimentit, mund të vërtetohet edhe ekzistenca e supersimetrisë, e cila do të bëhet kështu një konfirmim indirekt i së vërtetës së teorisë së superstringut.
