Hadron Collider: Start. Large Hadron Collider tại sao? Ở đâu?

Lịch sử của máy gia tốc, mà chúng ta biết ngày hôm nay là Large Hadron Collider bắt đầu nhiều hơn kể từ năm 2007. Ban đầu nó bắt đầu với niên đại của máy gia tốc cyclotron. Thiết bị này là một thiết bị nhỏ mà dễ dàng phù hợp trên bàn. Sau đó, những câu chuyện của các máy gia tốc đã phát triển đều đặn. Nó xuất hiện synchrotron và synchrotron.

Trong lịch sử của lẽ là thú vị nhất là giai đoạn 1956-1957 năm. Vào thời điểm đó, khoa học Liên Xô, đặc biệt là vật lý, không tụt hậu phía sau anh em nước ngoài. Sử dụng nhiều năm tích lũy kinh nghiệm, các nhà vật lý của Liên Xô tên là Vladimir Veksler làm một bước đột phá trong khoa học. Họ là những synchrotron mạnh nhất vào thời điểm đó đã được tạo ra. khả năng lao động của nó là 10 GeV (10 tỷ electron-volt). Sau phát hiện này đã tạo ra ví dụ nghiêm trọng của tăng tốc: Large Electron-Positron Collider, một máy gia tốc Thụy Sĩ, Đức, Hoa Kỳ. Tất cả đều có một mục tiêu chung - nghiên cứu của các hạt cơ bản của các quark.

Large Hadron Collider đã được tạo ra ở nơi nhờ đầu tiên những nỗ lực của các nhà vật lý người Ý. Và tên của ông là Carlo Rubbia, giải thưởng Nobel. Trong hoạt động của nó Rubbia làm việc như một giám đốc tại Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu. Đó là quyết định để xây dựng và chạy LHC là trung tâm nghiên cứu tại chỗ.

Nơi Hadron Collider?

Collider đặt trên biên giới giữa Thụy Sĩ và Pháp. Chiều dài của chu vi của nó là 27 km, và vì vậy nó được gọi là lớn. vòng gia tốc quay ngược lại 50-175 mét. Nam châm 1232 được thiết lập máy gia tốc. Họ được siêu dẫn, có nghĩa là người ta có thể phát triển một lĩnh vực tối đa cho khả năng tăng tốc, vì chi phí năng lượng của nam châm như vậy hầu như vắng mặt. Tổng trọng lượng của mỗi nam châm là 3,5 tấn tại chiều dài 14,3 mét.

Giống như bất kỳ đối tượng vật lý, Large Hadron Collider tạo ra nhiệt. Vì vậy, nó là cần thiết để không ngừng mát mẻ. Với mục đích này, nhiệt độ được duy trì ở 1,7 K sử dụng 12 triệu lít nitơ lỏng. Bên cạnh đó, heli lỏng (700.000 lít) được sử dụng để làm mát, và quan trọng nhất - áp lực được sử dụng, đó là thấp hơn mười lần so với áp suất khí quyển bình thường.

Nhiệt độ 1,7 K C. là -271 độ. một nhiệt độ như vậy là gần như gần không độ tuyệt đối. không tuyệt đối được gọi là giới hạn thấp nhất có thể, trong đó có thể có một cơ thể vật chất.

Phần bên trong của đường hầm là không kém phần thú vị. Có niobi-titan cáp siêu dẫn với khả năng. chiều dài là 7600 km. tổng trọng lượng là 1.200 tấn cáp. Nội thất của cáp - một đám rối dây 6300 với tổng khoảng cách 1,5 tỷ km. Độ dài này là tương đương với 10 đơn vị thiên văn. Ví dụ, khoảng cách từ trái đất đến mặt trời là 10 đơn vị như vậy.

Nếu chúng ta nói về vị trí địa lý của nó, nó có thể nói rằng các vòng gia tốc nằm giữa các thành phố Saint-Genis và Forno Voltaire nằm ở phía bên Pháp, cũng như Marin và Vessurat - với phía Thụy Sĩ. chiếc nhẫn nhỏ, được gọi là PS, kéo dài dọc theo biên giới của đường kính.

Các raison d'être

Để trả lời cho câu hỏi "LHC là gì", bạn cần phải chuyển sang các nhà khoa học. Nhiều nhà khoa học nói rằng nó là phát minh vĩ đại cho toàn bộ thời gian tồn tại của khoa học, và rằng khoa học mà không có nó, được biết đến với chúng tôi hôm nay, chỉ cần không có ý nghĩa. Sự tồn tại và sự ra mắt của Large Hadron Collider là thú vị ở chỗ sự va chạm của các hạt trong LHC là một vụ nổ. Tất cả các hạt mịn phân tán theo các hướng khác nhau. Để tạo thành các hạt mới, có thể giải thích sự tồn tại và ý nghĩa của nhiều người.

Việc đầu tiên mà các nhà khoa học đã cố gắng để tìm thấy những hạt rơi - nó về mặt lý thuyết là dự đoán của nhà vật lý Peter Higgs hạt cơ bản được gọi là "Higgs boson". hạt tuyệt đẹp này là một tàu sân bay của thông tin, được xem xét. Tuy nhiên, nó được gọi là "hạt Chúa". Mở nó sẽ di chuyển các nhà khoa học để hiểu vũ trụ. Cần lưu ý rằng vào năm 2012, vào ngày 4, Hadron Collider (bắt đầu nó một phần thành công) để giúp tìm ra một hạt giống. Cho đến nay, các nhà khoa học đang cố gắng nghiên cứu một cách chi tiết.

Bao lâu ...

Tất nhiên, câu hỏi đặt ra ngay lập tức, tại sao các nhà khoa học quá lâu để nghiên cứu các hạt. Nếu bạn có một thiết bị, bạn có thể chạy nó, và mỗi lần bắn ngày càng nhiều dữ liệu. Thực tế là công việc của LHC - đó là một niềm vui tốn kém. Một phóng chi phí một khoản tiền lớn. Ví dụ, việc tiêu thụ năng lượng hàng năm tương đương với 800 triệu. KW / h. Số tiền này năng lượng tiêu thụ thành phố với dân số khoảng 100 nghìn. Man, tại các tiêu chuẩn trung bình. Điều này không bao gồm chi phí bảo trì. Một lý do khác - đó là sự bùng nổ LHC xảy ra khi rỗ các proton bị ràng buộc để sản xuất một khối lượng lớn dữ liệu: một thông tin máy tính có thể đọc được để quá trình xử lý mất rất nhiều thời gian. Thậm chí mặc dù thực tế rằng sức mạnh của máy tính nhận được thông tin, thậm chí lớn theo tiêu chuẩn ngày nay.

Một lý do khác - đó là không kém phần nổi tiếng vật chất tối. Các nhà khoa học làm việc với máy gia tốc theo hướng này, đảm bảo rằng phạm vi có thể nhìn thấy của vũ trụ chỉ là 4%. Người ta cho rằng phần còn lại - đó là vật chất tối và năng lượng tối. Thực nghiệm cố gắng để chứng minh rằng lý thuyết này là đúng.

Hadron Collider: thành hay phản đối

Đưa ra lý thuyết về vật chất tối được gọi vào câu hỏi sự an toàn về sự tồn tại của LHC. Câu hỏi đặt ra nảy sinh: "Hadron Collider: thành hay phản đối?" Ông đã lo lắng nhiều nhà khoa học. Tất cả các bộ óc vĩ đại của thế giới được chia thành hai loại. "Những người phản đối" đã đưa ra một giả thuyết thú vị rằng nếu vấn đề như vậy tồn tại, sau đó nó phải là hạt đối lập của nó. Và sự va chạm của các hạt trong máy gia tốc xuất hiện phần tối hơn. Có một nguy cơ rằng phần tối và phần mà chúng ta nhìn thấy khuôn mặt. Sau đó, nó có thể dẫn đến cái chết của vũ trụ. Tuy nhiên, sau khi LHC bắt đầu đầu tiên lý thuyết này đã được nửa giòn.

Tiếp theo trong tầm quan trọng đến sự bùng nổ của vũ trụ, hay đúng hơn - ra đời. Người ta tin rằng vụ va chạm có thể quan sát cách cư xử vũ trụ trong giây đầu tiên của sự tồn tại. Cách cô chăm sóc nguồn gốc của vụ nổ Big Bang. Người ta tin rằng quá trình va chạm hạt rất giống với một trong đó là lúc bắt đầu sự ra đời của vũ trụ.

Ít nhất một ý tưởng tuyệt vời mà các nhà khoa học đã kiểm tra - đó là mô hình kỳ lạ. Dường như không thể tin được, nhưng có một lý thuyết điều này gợi ý rằng có kích thước và vũ trụ khác như con người chúng ta. Và kỳ lạ hơn, chân ga và có thể giúp đỡ.

Một cách đơn giản, mục đích của sự tồn tại của gia tốc là để hiểu những gì vũ trụ là, làm thế nào nó đã được tạo ra, để chứng minh hoặc bác bỏ bất kỳ lý thuyết hiện của các hạt và các hiện tượng liên quan. Tất nhiên, nó sẽ mất nhiều năm, nhưng với mỗi đầu, những khám phá mới mà lật ngược thế giới khoa học.

Sự thật về gia tốc

Mọi người đều biết rằng gia tốc tăng tốc các hạt lên đến 99% tốc độ ánh sáng, nhưng không nhiều người biết rằng tỷ lệ bằng 99,9999991% của tốc độ ánh sáng. con số đáng kinh ngạc này có ý nghĩa vì sự thiết kế hoàn hảo và nam châm mạnh mẽ tăng tốc. Chúng ta cũng nên lưu ý một số điều ít ai biết.

Các con số được sản xuất trong vụ va chạm của các hạt khi tăng tốc

Số proton trong một bó	đến 100 tỷ. (1011)
số chùm	đến 2808
Số lượng đi qua proton dầm trong vùng dò	lên đến 31 triệu. khu thứ hai 4
Số lượng các vụ va chạm hạt tại giao lộ	đến 20
Khối lượng mỗi xung đột dữ liệu	khoảng 1,5 MB
Số lượng của các hạt Higgs	1 cắn mỗi 2,5 giây (với cường độ đầy đủ của chùm và phù hợp với một số giả định về tính chất của các hạt Higgs)

Khoảng 100 triệu người. Streams dữ liệu đến từ mỗi của hai máy dò hạt chính có thể chỉ trong vài giây để hoàn thành hơn 100.000 đĩa CD. Chỉ trong một tháng số lượng đĩa đã đạt đến như một chiều cao mà khi họ nằm xuống trong ngăn xếp, nó sẽ là đủ để mặt trăng. Do đó, nó đã được quyết định không thu thập tất cả các dữ liệu đến từ các máy dò, nhưng chỉ những người được phép sử dụng hệ thống thu thập dữ liệu, mà trong thực tế hoạt động như một bộ lọc cho dữ liệu. Đó là quyết định để ghi lại chỉ có 100 sự kiện xảy ra tại thời điểm vụ nổ. Ghi lại những sự kiện này sẽ được lưu trữ trung tâm dữ liệu của hệ thống LHC, được đặt tại Phòng thí nghiệm châu Âu cho Vật Lý Hạt, người cũng là nơi các vị trí chân ga. Sẽ được ghi lại những sự kiện đã được ghi nhận, và những người đại diện cho cộng đồng khoa học vì lợi ích lớn nhất.

aftertreatment

Sau khi quay trăm kilobyte dữ liệu để được xử lý. Với mục đích này, hơn hai triệu máy tính nằm ở CERN. Mục đích của các máy tính này là quá trình xử lý dữ liệu thô và sự hình thành của căn cứ của họ, trong đó sẽ có ích cho phân tích thêm. Hơn nữa dòng dữ liệu được tạo ra sẽ được dẫn đến một mạng máy tính GRID. mạng trực tuyến này kết nối hàng ngàn máy tính được đặt tại các tổ chức khác nhau trên thế giới, liên kết với hơn một trăm trung tâm lớn, nằm trên ba châu lục. Tất cả các điểm đó được kết nối với CERN sử dụng sợi quang - cho tốc độ dữ liệu tối đa.

Nói về sự thật, nó là cần thiết để đề cập đến cũng về cấu trúc của các chỉ số vật lý. Tunnel gia tốc là một sự sai lệch là 1,4% so với mặt phẳng nằm ngang. Điều này đã được thực hiện ở nơi đầu tiên để đặt hầu hết các đường hầm tăng tốc trong đá nguyên khối. Do đó độ sâu của vị trí trên các cạnh đối diện là khác nhau. Nếu chúng ta giả từ hồ, nằm gần Geneva, độ sâu là 50 mét. Phần đối diện có độ sâu 175 mét.

Điều thú vị là Pha Mặt Trăng ảnh hưởng đến tốc. Nó có vẻ giống như một vật thể ở xa có thể hoạt động ở một khoảng cách. Nhưng cần lưu ý rằng trong một ngày trăng tròn, khi có một sự đột biến của đất trong khu vực Geneva, tăng càng nhiều càng tốt 25 cm. Điều này ảnh hưởng theo chiều dài của máy gia tốc. Chiều dài từ đó tăng thêm 1 milimet, và năng lượng chùm được thay đổi bằng 0,02%. Kể từ khi năng lượng của sự kiểm soát chùm tia phải được tổ chức lên đến 0,002%, các nhà nghiên cứu phải đưa vào tài khoản hiện tượng này.

Cũng thú vị là đường hầm máy gia tốc có hình dạng của một hình bát giác chứ không phải là một vòng tròn, như nhiều người. Angles hình thành các bộ phận ngắn. Họ được bố trí máy dò cố định và hệ thống quản lý các chùm hạt gia tốc.

cấu trúc

Hadron Collider, sự ra mắt của đó là liên kết với nhiều chi tiết và sự phấn khích của các nhà khoa học - một thiết bị tuyệt vời. Tất cả các gia tốc bao gồm hai vòng. chiếc nhẫn nhỏ gọi là proton synchrotron hay, sử dụng chữ viết tắt - PS. vòng lớn - Super Proton Synchrotron, hoặc SPS. Cùng hai vòng cho phép các phần phân tán đến 99,9% tốc độ ánh sáng. Như vậy Collider tăng và năng lượng của proton, tăng tổng năng lượng của họ là 16 lần. Nó cũng cho phép các hạt va chạm với nhau khoảng 30 Mill. Thời gian / s. trong 10 giờ. 4 máy dò lớn thu được tối đa là 100 terabyte dữ liệu kỹ thuật số trong một giây. Nhận dữ liệu do các yếu tố cá nhân. Ví dụ, họ có thể phát hiện các hạt cơ bản, trong đó có một điện tích âm, và có một nửa quay. Kể từ khi các hạt này không ổn định, sau đó trực tiếp phát hiện của họ không thể có thể phát hiện chỉ có năng lượng của họ được phát ra ở một góc độ nhất định với trục chùm. Bước này được gọi là một mức độ kích hoạt đầu tiên. Bước này được theo sau bởi hơn 100 thẻ dữ liệu đặc biệt, được tích hợp trong việc thực hiện logic. Phần này có đặc điểm là ở chỗ trong khi nhận được dữ liệu là một lựa chọn các khối dữ liệu hơn 100 tysyach trong một giây. Sau đó, những dữ liệu này được sử dụng để phân tích, trong đó xảy ra bằng cách sử dụng cơ chế cấp cao hơn.

Next Level Systems, ngược lại, nhận thông tin từ tất cả các dòng máy dò. dò phần mềm hoạt động trong mạng. Có nó sẽ sử dụng một số lượng lớn các máy tính để xử lý khối dữ liệu tiếp theo, thời gian trung bình giữa các khối - 10 micro giây. Chương trình sẽ cần phải tạo ra một dấu ấn của các hạt, tương ứng với điểm ban đầu. Kết quả là một tập hợp dữ liệu được hình thành bao gồm đà, năng lượng, và đường dẫn khác nảy sinh trong một sự kiện.

phần gia tốc

Tất cả các gia tốc có thể được chia thành 5 phần chính:

1) electron-positron tăng tốc máy gia tốc. Phần khoảng 7 nam châm tysyach với tính chất siêu dẫn. Với chúng xảy ra thông qua sự chỉ đạo hình khuyên của đường hầm chùm. Và họ cũng tập trung một chùm trong một dòng chảy có chiều rộng hoặc giảm số chiều rộng của một sợi tóc duy nhất.

2) Compact Muon Solenoid. máy dò này được thiết kế cho mục đích chung. Trong một máy dò như đang tìm kiếm những hiện tượng mới và, ví dụ, tìm kiếm hạt Higgs.

3) Detector LHCb. Tầm quan trọng của thiết bị này là để tìm kiếm các quark và các hạt phản đối họ - antiquarks.

4) Quá trình cài đặt hình xuyến ATLAS. máy dò này được thiết kế cho sự cố định của muon.

5) Alice. máy dò này chụp va chạm ion chì, và va chạm proton-proton.

Khó khăn bắt đầu LHC

Mặc dù thực tế rằng sự hiện diện của công nghệ cao loại bỏ khả năng lỗi trong thực tế mọi thứ đều khác nhau. Trong một sự chậm trễ, cũng như thời gian thất bại của việc lắp ráp máy gia tốc. Tôi phải nói rằng tình huống bất ngờ này đã không được. Thiết bị này có chứa nhiều sắc thái và đòi hỏi độ chính xác đến nỗi các nhà khoa học mong đợi kết quả tương tự. Ví dụ, một trong những vấn đề mà phải đối mặt với các nhà khoa học trong mắt - từ chối của nam châm, trong đó tập trung chùm proton ngay trước va chạm. tai nạn nghiêm trọng này là do sự tàn phá của núi do sự mất mát của nam châm siêu dẫn.

Vấn đề này nảy sinh trong năm 2007. Do đó, sự ra mắt của máy gia tốc hoãn nhiều lần, và vào tháng ra mắt đã diễn ra, gần một năm Collider chưa bắt đầu.

Việc tung ra cuối cùng của máy gia tốc đã thành công, nó tập hợp nhiều terabyte dữ liệu.

Hadron Collider, sự ra mắt trong đó diễn ra vào ngày 05 Tháng Tư năm 2015, hoạt động thành công. Trong dầm tháng sẽ đuổi xung quanh chiếc nhẫn, tăng dần sức mạnh. Mục tiêu cho nghiên cứu như vậy, không có. chùm năng lượng va chạm sẽ được tăng lên. Giá trị của thang 7-13 TeV TeV. Sự gia tăng này sẽ cho phép để xem những cơ hội mới trong sự va chạm của các hạt.

Trong năm 2013 và 2014 năm. Qua kiểm tra kỹ thuật nghiêm trọng của đường hầm, máy gia tốc, máy dò và các thiết bị khác. Kết quả là đã có 18 nam châm lưỡng cực có chức năng siêu dẫn. Cần lưu ý rằng tổng số của họ là 1232 miếng. Tuy nhiên, nam châm còn lại không bị bỏ qua. Trong phần còn lại, hệ thống bảo vệ làm mát đã được thay thế, và những cải tiến đã được cài đặt. Hệ thống làm mát của nam châm cũng đã được cải thiện. Điều này cho phép họ ở lại ở nhiệt độ thấp với công suất tối đa.

Nếu mọi việc suôn sẻ, việc khởi động tiếp theo của máy gia tốc chỉ diễn ra trong vòng ba năm. Thông qua giai đoạn này kế hoạch công việc được lên kế hoạch để cải thiện kỹ thuật kiểm tra của collider.

Cần lưu ý rằng sửa chữa tốn một xu, không bao gồm chi phí. Máy Va chạm Hadron, tính đến năm 2010, có giá 7,5 tỷ euro. Con số này đưa toàn bộ dự án lên vị trí đầu tiên trong danh sách các dự án tốn kém nhất trong lịch sử khoa học.

Tin mới nhất

Máy Va chạm Hadron, được đưa ra sau khi nghỉ, đã thành công. Số liệu thú vị đã được thu thập. Ví dụ, bằng chứng đã được trình bày rằng khái niệm hiện đại của các hạt là chính xác. Điều này trở nên có thể do hoạt động chính xác của các máy dò CMS và LHCb. Những máy dò này bắt gặp sự phân hủy BS thành hai meson, đây là bằng chứng trực tiếp về tính hợp lệ của các lý thuyết hiện đại.

Cần phải đặt câu hỏi làm thế nào chứng minh của một lý thuyết như vậy diễn ra. Một cách là để nắm bắt các hạt mới. Nghĩa là, nếu các hạt cơ bản mới xuất hiện trong va chạm, điều đó có nghĩa là lý thuyết hiện đại cần phải được xem xét lại.

Sự chú ý của các nhà khoa học tập trung vào hạt này chỉ bởi vì nó có thể chứng minh, tốt, hoặc ít nhất là mở cửa theo hướng siêu đối xứng. Đây là một bước khởi đầu tốt cho nghiên cứu và làm việc tại trung tâm nghiên cứu khoa học ở Geneva.

Tiếp theo là gì?

Sau khi hiện đại hoá máy va chạm xảy ra, các vấn đề sẽ được đặt ra để nghiên cứu thêm về các hạt. Đặc biệt, nó sẽ là cần thiết để tìm hiểu thêm về boson Higgs. Mặc dù thực tế là giải thưởng Nobel đã được trao cho phát hiện này, nhưng không phải tất cả tài sản của nó đã được nghiên cứu và chứng minh kỹ lưỡng. Do đó, các nhà khoa học có một công việc lâu dài và khó khăn để nghiên cứu hạt tuyệt vời này.

Ngoài ra, cần tiếp tục nghiên cứu để chứng minh hoặc bác bỏ lý thuyết về siêu đối xứng. Mặc dù có vẻ hơi kỳ quặc nhưng nó có quyền tồn tại. Đừng nghĩ rằng tất cả sự chú ý chỉ được trả cho vấn đề tầm quan trọng đầu tiên, đối với mỗi dự án có một nhóm các nhà khoa học làm việc trong lĩnh vực này.

Tất nhiên, đây không phải là tất cả các nhiệm vụ phải được giải quyết bởi các nhà khoa học. Với mỗi terabyte mới của thông tin nhận được, danh sách các câu hỏi được liên tục bổ sung, và các câu trả lời cho họ có thể được tìm kiếm qua nhiều năm.