Голем хадронски судирач

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај
Голем хадронски судирач
Шема на Големиот хардонски судирач
Опити на ГХС (LHC)
ATLAS Тороиден ГХС-строј
CMS Компактен мионски соленоид
LHCb ГХС-убавина
ALICE Голем јонски судирач
TOTEM Целосен напречен пресек, еластично распрснување и раздвојување со прекршување
LHCf ГХС-напред
MoEDAL Еднополен и егзотичен детектор на ГХС
Предзабрзувачи на ГХС
p и Pb Линеарни забрзувачи за протони (Linac 2) и олово (Linac 3)
(неозначен) Протонски синхротронски засилувач
PS Протонски синхротрон
SPS Супер протонски синхротрон

Големиот хадронски судирач или ГХС (англ. Large Hadron Collider, LHC) е најголемиот и највисокоенергетскиот забрзувач на честички во светот, со цена на чинење од 9 милијарди американски долари[1]. Се очекува дека најфундаменталните прашања во физиката, значително подобрувајќи ги нашите сознанија за најисконските законитости на природата.

ГХС е сместен во тунел со обиколка од 27 км, 175 м под француско-швајцарската граница близу Женева. Овој синхротрон е направен да судира спротивни снопови од протони при енергија од 7 тераелектронволти (1,12 микроџули) по честичка, или јадра на олово при енергија од 574 TeV (92,0 µJ) по јадро.[2][3] Поимот „хадрон“ се однесува на честички составени од кваркови.

Големиот хадронски судирач е изграден од Европската организација за нуклеарно истражување (CERN) со намера да испробува разни предвидувања и претпоставки во високоенергетската физика, вклучувајќи го постоењето на Хигсовиот бозон[4] и големото семејство од нови честички кое го предвидува суперсиметријата.[5] Финансирањето и изработката е плод на соработка помеѓу 10.000 научници и инженери од над 100 земји и стотици универзитети и лаборатории.[6]

Работата на машината почнала на 10 септември 2008 со првите кружења на протонските снопови во главниот прстен на ГХС,[7] но по 9 дена работата е запрена заради тежок дефект.[8] Работата продолжила на 20 ноември 2009,[9] и првиот судар е забележан по 3 дена со вбризгувања со енергија од 450 GeV по сноп.[10] По земската пауза за 2009 г, ГХС проработел повторно. Овој пат со засилување од 3,5 TeV по сноп,[11] половина од предвидената енергија,[12] која се планира по зимската пауза за 2012 г. На 30 март 2010 се извршени првите планирани судири помеѓу снопови од по 3,5 TeV, со тоа поставувајќи нов светски рекорд за највисокоенергетски вештачки судир на честички.[13]

Цел[уреди]

Симулирана појава на Хигсовиот бозон во декекторот CMS

Физичарите се надеваат дека ГХС ќе им помогне да разрешат многу од фундаментални прашања во физиката: основните закони на взаемодејството на силите на елементарните честички, темелната структура на просторот и времето, особено односот помеѓу квантната механика и општиот релативитет, кајшто тековните теории и сознанија не даваат јасни решенија или сосема се уриваат. Овие проблеми, во најмала рака ги опфаќаат следниве прашања:[14]

Other questions are:

Конструкција[уреди]

Фејнманов дијаграм на еден вид предвидување на Хигсовиот бозон во ГХС. Тука секој од двата кварка зрачи по еден W или Z бозон, кој се соединуваат и прават неутрален Хигс.
Картаа на ГХС во CERN

ГХС е најголемиот забрзувач на честички на светот.[2][24] Судирачот е сместен во прстенест тунел со обиколка од 27 км, на длабочина од од 50-175 м под земја.

Тунелот е обложен со бетон и е широк 3,8 м. Изграден е во периодот од 1983 до 1988 г. и порано служел како лежиште за Големиот електронско-позитронски судирач.[25] ГХС ја преминува границата Швајцарија-Франција на четири места, и најголемиот дел од него е во Франција. Надземните објекти се наменети за помошна опрема како компресори, вентилациска техника, контролна електроника и погони за разладување.

Во тунелот се сместени две паралелни цевки кои се врсктуваат на четири места. Низ секоја оди протонски сноп кој патува низ прстенот во спротивна насока. Сноповите ги водат 1.232 двополни магнети, а точниот правец се држи со 392 четириполни магнети, со цел да се даде што поголема можност за судир на честичките во четирите точки кајшто се вркстуваат сноповите. Вградени се вкупно 1.600 суперпроводни магнети, и највеќето од нив тежат по 27 тона. За одржување на работната температура на магнетите (Шаблон:Convert/K) се потребни 96 тона течен хелиум. Со тоа ГХС е воедно и најголемиот криоген строј во светот.

Суперпроводни четириполни електромагнети за насочување на сноповите во четири точки на судир.

Еднаш до два пати дневно, протоните се забрзуваат од 450 GeV на 7 TeV, и со тоа полето на двополните магнети се зголемува од 0,54 на 8,3 тесли (T)}}. Секој протон содржи енергија од 7 TeV, и така вкупната судирна енергија достигнува 14 TeV. При ваква енергија, протоните имаат Лоренцов фактор од приближно 7.500 и се движат при 0.999999991 c, или околу 3 м/сек побавно од брзината на светлината (c).[26] На еден протон му треба помалку од 90 микросекунди (μs) за да направи круг околу главниот (големиот) прстен – што значи дека протоните прават 11.000 кружења во секунда. Наместо да се пуштаат во последователни снопови, протоните се групираат во 2.808 грста, така што заемодејствата помеѓу нив можат да се одвиваат во временско растојание не пократко од 25 наносекунди.

Пред да се уфрлат во главниот забрзувач, честичките се подготвуваат со низа строеви што последователно ја зголемуваат нивната енергија. Првиот строј е линеарниот забрзувач на честички LINAC 2, кој создава протони од 50-MeV, и истите потоа одат во протонски синхротронски засилувач (PSB). Тука протоните се забрзуваат до 1,4 GeV и се вметнуваат во протонски синхротрон (PS), каде понатаму се забрзуваат до 26 GeV. На крај, како последна фаза се користи супер протонски синхротрон (SPS), кој ја зголемува енергијата на 450 GeV. Потоа честичките се вбризгуваат во главниот прстен. Тука грстовите протони се собираат и забрзуваат (во тек на 20 минути) до максималните 7-TeV, па се кружат 10-24 часа, и се судираат во четирите места на вкрстување.[27]

Детекторот CMS за ГХС

Програмот на ГХС се задржува главно на протонско–протонски судири. Меѓутоа едне месец годишно се вршат и тешкојонски судири. Се разгледуваат и полесните јони, но нагласокот е на оловните јони[28]. Оловните јони најпрвин се забрзуваат во линеарниот забрзувач LINAC 3, а за складирање и разладување на јоните се користи нискоенергетски јонски прстен (LEIR). Потоа јоните се забрзуваат повеќе со PS и SPS, па на крај се вметнуваат во главниот прстен на ГХС, каде достигнуваат енергија од of 2,76 TeV по нуклеон (или 575 TeV по јон), повисоко од енергијата што ја постигнува Релативистичкиот судирач на тешки јони. Целта на тешкојонската програма е да ја истражи кварко–глуонската плазма која постоела кога вселената била во зародиш.

Детектори[уреди]

За ГХС се изработени 6 детектори, сместени во големи подземни шуплини ископани кај вкрстувањата на ГХС. Два од нив, ATLAS и Компактниот мионски соленоид (CMS) се големи општонаменски детектори за честички.[24] Детекторите ALICE и LHCb имаат поконкретни намени, многу помали и предвидени за поспецијализирани истражувања. The BBC's summary of the main detectors is:[29]

Детектор Опис
ATLAS еден од два општонаменски детектори. ATLAS открива знаци на нови нешта во физиката, како потеклото на масата и повеќедимензионалноста.
CMS ова е другиот општонаменски детектор кој, како ATLAS, го бара Хигсовиот бозон и бара показатели за својствата на темната материја.
ALICE проучува „течен“ облик на материја наречен кварко–глуонска плазма која постоела кратко време по Големата експлозија.
LHCb Големата експлозија создала подеднаква количина материја и антиматерија. LHCb се обидува да открие што се случило со антиматеријата која навидум е отсутна.

Предложена надградба[уреди]

Crystal Clear app xmag.svg Главна статија: „Суперголем хадронски судирач.

По извесен број години, секој истражен проект во физиката на фундаменталните честички почнува да ја намалува својата делотворност: секоја следна година открива помалку појави од претходната. За оваа цел опитот треба да се поднови и надгради, по енергија или по сјајност (луминозитет). Оваа надградба на ГХС Супер ГХС, предложен[30] да се изработи по 10 години работа на ГХС.

Оптимал за подновата за сјајност н ГХС зголемување на проточноста во сноповите (бројот на прптпни во снопот) и преправка на две високолуминозни места на заемодејство - ATLAS и CMS. За да се постигне ова треба, сноповите треба да се развијат до енергија од 1 TeV пред да се вметнат во (Супер) ГХС. За оваа цел треба да се прилагодат сите строеви за предзабрзување. Најскапи би биле промените што треба да се извршат во Суперпротонскиот синхротрон.

Поврзано[уреди]


Наводи[уреди]

  1. „CERN - Големиот хадронски судирач“. Public.web.cern.ch. http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/LHC-en.html. конс. 28 август 2010.  (англиски)
  2. 2,0 2,1 „What is LHCb“. „CERN FAQ“. CERN Communication Group. јануари 2008. стр. 44. http://cdsmedia.cern.ch/img/CERN-Brochure-2008-001-Eng.pdf. конс. 2 април 2010. 
  3. Amina Khan. „Large Hadron Collider rewards scientists watching at Caltech“, Los Angeles Times, 31 март 2010 (конс. 2 април 2010).
  4. „Missing Higgs“. CERN. 2008. http://public.web.cern.ch/public/en/Science/Higgs-en.html. конс. 10 октомври 2008. 
  5. „Towards a superforce“. CERN. 2008. http://public.web.cern.ch/public/en/Science/Superforce-en.html. конс. 10 октомври 2008. 
  6. Roger Highfield. „Large Hadron Collider: Thirteen ways to change the world“, „Telegraph“, 16 септември 2008 (конс. 10 октомври 2010).
    1. пренасочување Шаблон:Наведена изјава за печат
  7. Paul Rincon. „Collider halted until next year“, BBC News, 23 септември 2008 (конс. 9 октомври 2008).
  8. CERN Press Office (20 ноември 2009). "The LHC is back". Соопштение за печат.  (консултирано на 20 ноември 2009)
  9. CERN Press Office (23 ноември 2009). "Two circulating beams bring first collisions in the LHC". Соопштение за печат.  (консултирано на 23 ноември 2009)
  10. CERN Press Office (19 март 2010). "LHC sets new record – accelerates beams to 3.5 TeV". Соопштение за печат.  (консултирано на 30 март 2010)
  11. The New York Times (4 февруари 2010). "Collider to Operate Again, Though at Half Power". Соопштение за печат.  (консултирано на 5 февруари 2010)
  12. BBC News (30 март 2010). "CERN LHC sees high-energy success". Соопштение за печат.  (консултирано на 30 март 2010)
  13. Brian Greene. „The Origins of the Universe: A Crash Course“, „New York Times“, 11 септември 2008 (конс. 17 април 2009).
  14. „... во јавноста пречесто слушаме дека целта на ГХС или некој друг линеарен судирач е да го провери постоењето на последната честичка што недостасува во Стандарниот модел, овогодишниот свет грал, Хигсовиот бозон. Но вистината воопшто не е така досадна! ТОа што се стремиме да го постигнеме е многу повозбудливо, и до тоаа возбуда доаѓаме прашувајќи се каков би бил светот без Хигсовиот бозон“. – Chris Quigg (2005). „Nature's Greatest Puzzles“. arΧiv:hep-ph/0502070 [hep-ph]. 
  15. „Why the LHC“. CERN. 2008. http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/WhyLHC-en.html. конс. 28 септември 2009. 
  16. „Zeroing in on the elusive Higgs boson“. US Department of Energy. март 2001. http://www.science.doe.gov/Accomplishments_Awards/Decades_Discovery/35.html. конс. 11 декември 2008. 
  17. „Според ова, делејќи го мислењето со многумина од колегите, мислам дека е мошне веројатно дека со ГХС ќе го најдеме Хигсовиот бозон и други нови појави.“...„Овој праг за масата значи, меѓу другото, дека кога ГХС ќе почне да експериментира на дело, ќе пронајдеме нешто ново — или Хигсовиот бозон или некоја друга нова појава.“ Chris Quigg (февруари 2008). „The coming revolutions in particle physics“. „Scientific American“. стр. 38–45. http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=the-coming-revolutions-in-particle-physics&page=3. конс. 28 септември 2009. 
  18. Shaaban Khalil (2003). „Search for supersymmetry at LHC“. „Contemporary Physics“ 44 (3): 193–201. doi:10.1080/0010751031000077378. 
  19. Alexander Belyaev (2009). „Supersymmetry status and phenomenology at the Large Hadron Collider“. „Pramana72 (1): 143–160. doi:10.1007/s12043-009-0012-0. 
  20. Anil Ananthaswamy (11 ноември 2009). „In SUSY we trust: What the LHC is really looking for“. „New Scientist. http://www.newscientist.com/article/mg20427341.200-in-susy-we-trust-what-the-lhc-is-really-looking-for.html. 
  21. Lisa Randall (2002). „Extra Dimensions and Warped Geometries“. „Science296 (5572): 1422–1427. doi:10.1126/science.1072567. PMID 12029124. http://randall.physics.harvard.edu/RandallCV/Sciencearticle.pdf. 
  22. Panagiota Kanti, "Black Holes at the LHC"; http://arxiv.org/pdf/0802.2218v2
  23. 24,0 24,1 Joel Achenbach (март 2008). „The God Particle“. „National Geographic Magazine“. http://ngm.nationalgeographic.com/2008/03/god-particle/achenbach-text. конс. 25 февруари 2008. 
  24. „The Z factory“. CERN. 2008. http://public.web.cern.ch/PUBLIC/en/Research/LEP-en.html. конс. 17 април 2009. 
  25. „LHC: How Fast do These Protons Go?“. „yogiblog“. http://journal.batard.info/post/2008/09/12/lhc-how-fast-do-these-protons-go. конс. 29 октомври 2008. 
  26. Jörg Wenninger (ноември 2007). „Operational challenges of the LHC“ (PowerPoint). стр. 53. http://irfu.cea.fr/Phocea/file.php?class=std&file=Seminaires/1595/Dapnia-Nov07-partB.ppt. конс. 17 април 2009. 
  27. „Ions for LHC (I-LHC) Project“. CERN. 1 ноември 2007. http://project-i-lhc.web.cern.ch/project-i-lhc/Welcome.htm. конс. 17 април 2009. 
  28. Paul Rincon. „'Big Bang' experiment starts well“, BBC News, 10 септември 2008 (конс. 17 април 2009).
  29. F. Ruggerio (29 септември 2005). „LHC upgrade (accelerator)“. „VIII семинар на IFCA“. http://chep.knu.ac.kr/ICFA-Seminar/upload/9.29/Morning/session1/Ruggiero-ICFA-05.pdf. конс. 28 септември 2009. 

Надворешни врски[уреди]

Македонски[уреди]

Англиски[уреди]