Википедија

Велики хадронски сударач

46° 14′ Н 06° 03′ Е / 46.233° С; 6.050° И / 46.233; 6.050

Велики хадронски сударач (ЛХЦ) је највећи и најснажнији акцелератор честица на свету. Изграђен је са циљем да да одговоре на нека од најфундаменталнијих питања из области физике, и приближи најтемељније законе природе људским схватањима.

ЛХЦ је смештен у кружном тунелу обима 27 километара, на дубини од 175 метара испод француско-швајцарске границе, у близини Женеве. Овај синхротрон је пројектован за контролисано сударање два снопа честица који се крећу у супротним смеровима. Честице које се користе за формирање ових снопова могу бити протони (са енергијом од 7 тераелектронволти по честици) или језгра атома олова (574 тераелектронволти по језгру).[1][2] Хадронима се назива скуп честица које су изграђене од кваркова.

ЛХЦ је изграђен под окриљем Европске организације за нуклеарна истраживања (ЦЕРН), са намером да се испитају многобројне претпоставке и предвиђања које је поставила физика елементарних честица, укључујући постојање хипотетичког Хигсовог бозона[3] и великог броја нових честица које предвиђа теорија суперсиметрије.[4] У изградњи и финансирању учествује око 10.000 научника и инжињера из преко 100 земаља, као и више стотина универзитета и лабораторија.[5]

10. септембра 2008. године, први снопови протона успешно су почели да циркулишу кроз главни прстен ЛХЦ-а,[6] али је девет дана касније рад обустављен због озбиљне хаварије.[7] Поновно пуштање у рад уследило је 20. новембра 2009. године,[8] а само три дана касније забележени су први судари протона при енергијама од 450 гигаелектронволти (ГеВ).[9] Након зимске паузе 2009. године, ЛХЦ је наставио са радом и тада је успешно обављено подизање енергије снопа на 3,5 тераелектронволти (ТеВ),[10] што је једнако половини пројектоване енергије постројења.[11] 30. марта 2010. године обављени су први судари снопова са енергијама од 3,5 ТеВ по снопу, чиме је постављен нови светски рекорд у енергији ослобођеној при судару честица које је извео човек.[12]

Намена уреди

Физичари се надају да ће ЛХЦ бити од помоћи у проналажењу одговора на најфундаменталнија питања физике, међу којима су: основни закони који дефинишу интеракције и силе између елементарних честица, структура простора и времена, посебно у домену пресека квантне механике и опште релативности, где су тренутне теорије и знања у међусобном нескладу. У главна питања из тог домена спадају:[13]

 
Симулација појаве Хигсовог бозона у ЦМС детектору
  • Да ли Хигсов механизам, који елементарним честицама даје својство масе, заиста постоји у природи? Претпоставља се да ће сударач потврдити или оповргнути постојање Хигсовог бозона, и на тај начин комплетирати или оборити стандардни модел.[14][15][16][17]


У остала питања се убрајају:

  • Да ли су електромагнетизам, јака нуклеарна сила и слаба нуклеарна сила само посебни видови једне јединстве силе, као што предвиђају разне теорије.
  • Зашто је гравитација за толико редова величина слабија у односу на преостале три фундаменталне силе.
  • Постоје ли додатни узроци мешања арома кваркова, не рачунајући оне који су већ предвиђени стандардним моделом?
  • Зашто постоје привидна одступања од симетрије између материје и антиматерије?
  • Каква је била природа кварк-глуонске плазме у раној фази постојања универзума. Ово ће бити предмет испитивања које ће се обављати приликом сударања тешких јона у АЛИЦЕ детектору.

Дизајн уреди

 
Фејнманов дијаграм који репрезентује један од начина на који би Хигсов бозон могао бити произведен у ЛХЦ-у. Овде сваки од два кварка емитује W или З бозон, који даљом рекомбинацијом формирају Хигсов бозон
 
Мапа Великог хадронског сударача у ЦЕРН-у

ЛХЦ је највећи и најснажнији акцелератор честица на свету.[1][23] Смештен је у кружни тунел, обима 27 километара, на дубини између 50 и 175 метара испод површине земље. Бетонски тунел, ширине 3,8 метара, изграђен је у периоду између 1983 и 1988 године. Претходно је у њему био смештен Велики елетронско-позитронски сударач.[24] Тунел пресеца швајцарско-француску границу у четири тачке, док се највећи део тунела својом дужином налази у Француској. У објекте на површини смештена су помоћна постројења као што су компресори, вентилациона опрема, контролна електроника и расхладна постројења.

Кроз тунел сударача пролазе две суседне цеви за снопове које се укрштају у четири тачке, док се снопови крећу у супротним смеровима. Кружне путање ових снопова се одржавају помоћу 1.232 двополних магнета, док се 392 четворополна магнета користе за фокусирање снопова, чиме се повећавају шансе за интеракцију између честица у тачкама укрштања снопова. Инсталирано је преко 1.600 суперпроводних магнета, од којих већина има тежину од око 27 тона. За одржавање радне температуре магнета, која износи -271.25°Ц, потребно је приближно 96 тона течног хелијума, што ЛХЦ чини највећим криогеним постројењем на свету.

 
Суперпроводни четворополни магнети се користе за фокусирање снопова, чиме се повећава шанса за интеракцијом између убрзаних честица у пресечним тачкама снопова.

Једном или два пута дневно, како протонима енергија буде убрзавањем повећавана од 450 ГеВ до 7 ТеВ, поља суперпроводних двополних магнета биће појачавана од 0,54 до 8,3 тесле (Т). Сваки од протона поседоваће енергију од 7 ТеВ, што ће резултовати сабирањем ових енергија приликом судара, и она ће износити 14 ТеВ. На овим енергијама Лоренцов фактор износиће око 7.500, и они ће се кретати брзинама од око 0.999999991 ц, или око 3 метра у секунди спорије од брзине светлости (ц).[25] Протонима ће требати мање од 90 микросекунди (μс) да обиђу један круг кроз прстен, тј. обилазиће 11.000 кругова кроз прстен у секунди. Снопови неће имати континуалну форму, већ ће бити издељени у 2.808 група, тако да ће до интеракција долазити у дискретним интервалима, на сваких 25 наносекунди. Приликом првог пуштања у рад број ових група ће бити нешто мањи, чиме ће интервали пресецања група снопова бити повећани на 75 наносекунди.[26] Пројектована луминенција ЛХЦ-а износи 1034 цм−2с−1, чиме ће бити обезбеђена учестаност судара снопова од 40 МХз.[27]

Пре увођења у главни акцелератор, честице ће проћи кроз ланац подсистема који ће им каскадно повећавати енергију. Први подсистем је линеарни акцелератор честица ЛИНАЦ 2, који ће генерисати протоне са енергијама од 50 МеВ. Протони ће даље бити увођени у протонски синхротрон бустер (ПСБ), где ће се убрзавати до енергија од 1.4 ГеВ, и прослеђивати протонском синхротрону (ПС) који ће им повећавати брзину до енергија од 26 ГеВ. На крају, супер-протонски синхротрон ће имати задатак да протонима повећа енергију на 450 ГеВ, пре него што буду уведени у главни прстен (током периода од 20 минута). У главном прстену, групе протонских снопова ће бити акумулиране и убрзаване (током периода од 20 минута) до вршних енергија од 7 ТеВ, а затим ће у периоду од 10 до 24 сата циркулисати кроз прстен, док ће на пресечним тачкама долазити до судара група снопова.[28]

 
ЦМС детектор

Програм рада ЛХЦ-а је претежно базиран на протонско-протонским сударима. Ипак, током једног месеца у години, предвиђени су експерименти са сударима тешких јона. Циљ ових експеримената је проучавање кварк-глуонске плазме, која је постојала у раној фази постојања универзума.

Референце уреди

  1. ^ а б „Wхат ис ЛХЦб” (ПДФ). ЦЕРН ФАQ. ЦЕРН Цоммуницатион Гроуп. јануар 2008. стр. 44. Архивирано из оригинала (ПДФ) 13. 9. 2008. г. Приступљено 2. 4. 2010. 
  2. ^ Амина Кхан (31. 3. 2010). „Ларге Хадрон Цоллидер реwардс сциентистс wатцхинг ат Цалтецх”. Лос Ангелес Тимес. Приступљено 2. 4. 2010. 
  3. ^ „Миссинг Хиггс”. ЦЕРН. 2008. Приступљено 10. 10. 2008. 
  4. ^ „Тоwардс а суперфорце”. ЦЕРН. 2008. Приступљено 10. 10. 2008. 
  5. ^ Рогер Хигхфиелд (16. 9. 2008). „Ларге Хадрон Цоллидер: Тхиртеен wаyс то цханге тхе wорлд”. Телеграпх. Лондон. Архивирано из оригинала 14. 10. 2008. г. Приступљено 10. 10. 2008. 
  6. ^ „Фирст беам ин тхе ЛХЦ – Аццелератинг сциенце”. ЦЕРН Пресс Оффице. 10. 9. 2008. Архивирано из оригинала 06. 01. 2009. г. Приступљено 9. 10. 2008. 
  7. ^ Паул Ринцон (23. 9. 2008). „Цоллидер халтед унтил неxт yеар”. ББЦ Неwс. Приступљено 9. 10. 2008. 
  8. ^ „Тхе ЛХЦ ис бацк”. ЦЕРН Пресс Оффице. 20. 11. 2009. Приступљено 20. 11. 2009. 
  9. ^ „Тwо цирцулатинг беамс бринг фирст цоллисионс ин тхе ЛХЦ”. ЦЕРН Пресс Оффице. 23. 11. 2009. Архивирано из оригинала 25. 11. 2009. г. Приступљено 23. 11. 2009. 
  10. ^ „ЛХЦ сетс неw рецорд – аццелератес беамс то 3.5 ТеВ”. ЦЕРН Пресс Оффице. 19. 3. 2010. Архивирано из оригинала 3. 4. 2010. г. Приступљено 30. 3. 2010. 
  11. ^ Овербyе, Деннис (4. 2. 2010). „Цоллидер то Операте Агаин, Тхоугх ат Халф Поwер”. Тхе Неw Yорк Тимес. Приступљено 5. 2. 2010. 
  12. ^ „ЦЕРН ЛХЦ сеес хигх-енергy суццесс”. ББЦ Неwс. 30. 3. 2010. Приступљено 30. 3. 2010. 
  13. ^ Бриан Греене (11. 9. 2008). „Тхе Оригинс оф тхе Универсе: А Црасх Цоурсе”. Тхе Неw Yорк Тимес. Приступљено 17. 4. 2009. 
  14. ^ "... ин тхе публиц пресентатионс оф тхе аспиратион оф партицле пхyсицс wе хеар тоо офтен тхат тхе гоал оф тхе ЛХЦ ор а линеар цоллидер ис то цхецк офф тхе ласт миссинг партицле оф тхе Стандард Модел, тхис yеар'с Холy Граил оф партицле пхyсицс, тхе Хиггс босон. Тхе трутх ис муцх лесс боринг тхан тхат! Wхат wе'ре трyинг то аццомплисх ис муцх море еxцитинг, анд аскинг wхат тхе wорлд wоулд хаве беен лике wитхоут тхе Хиггс мецханисм ис а wаy оф геттинг ат тхат еxцитемент." – Цхрис Qуигг (2005). „Натуре'с Греатест Пуззлес”. арXив:хеп-пх/0502070   [хеп-пх]. 
  15. ^ „Wхy тхе ЛХЦ”. ЦЕРН. 2008. Приступљено 28. 9. 2009. 
  16. ^ „Зероинг ин он тхе елусиве Хиггс босон”. УС Департмент оф Енергy. март 2001. Архивирано из оригинала 12. 1. 2009. г. Приступљено 11. 12. 2008. 
  17. ^ "Аццординглy, ин цоммон wитх манy оф мy цоллеагуес, I тхинк ит хигхлy ликелy тхат ботх тхе Хиггс босон анд отхер неw пхеномена wилл бе фоунд wитх тхе ЛХЦ."..."Тхис масс тхресхолд меанс, амонг отхер тхингс, тхат сометхинг неw—еитхер а Хиггс босон ор отхер новел пхеномена—ис то бе фоунд wхен тхе ЛХЦ турнс тхе тхоугхт еxперимент инто а реал оне." Цхрис Qуигг (фебруар 2008). „Тхе цоминг револутионс ин партицле пхyсицс”. Сциентифиц Америцан. стр. 38—45. Приступљено 28. 9. 2009. 
  18. ^ Схаабан Кхалил (2003). „Сеарцх фор суперсyмметрy ат ЛХЦ”. Цонтемпорарy Пхyсицс. 44 (3): 193—201. дои:10.1080/0010751031000077378. 
  19. ^ Алеxандер Белyаев (2009). „Суперсyмметрy статус анд пхеноменологy ат тхе Ларге Хадрон Цоллидер”. Прамана. 72 (1): 143—160. дои:10.1007/с12043-009-0012-0. 
  20. ^ Анил Анантхасwамy (11. 11. 2009). „Ин СУСY wе труст: Wхат тхе ЛХЦ ис реаллy лоокинг фор”. Неw Сциентист. 
  21. ^ Лиса Рандалл (2002). „Еxтра Дименсионс анд Wарпед Геометриес” (ПДФ). Сциенце. 296 (5572): 1422—1427. ПМИД 12029124. дои:10.1126/сциенце.1072567. Архивирано из оригинала (ПДФ) 07. 10. 2018. г. Приступљено 21. 11. 2010. 
  22. ^ Панагиота Канти, "Блацк Холес ат тхе ЛХЦ"; http://arxiv.org/pdf/0802.2218v2
  23. ^ Joel Achenbach (mart 2008). „The God Particle”. National Geographic Magazine. Архивирано из оригинала 25. 02. 2008. г. Приступљено 25. 2. 2008. 
  24. ^ „The Z factory”. CERN. 2008. Приступљено 17. 4. 2009. 
  25. ^ „LHC: How Fast do These Protons Go?”. yogiblog. Приступљено 29. 10. 2008. 
  26. ^ „LHC commissioning with beam”. CERN. Приступљено 17. 4. 2009. 
  27. ^ „Operational Experience of the ATLAS High Level Trigger with Single-Beam and Cosmic Rays” (PDF). Приступљено 29. 10. 2010. 
  28. ^ Jörg Wenninger (novembar 2007). „Operational challenges of the LHC” (PowerPoint). стр. 53. Приступљено 17. 4. 2009. 
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Veliki_hadronski_sudarač&oldid=26534346”