A bolygó legnagyobb hadronütköztetőjét modernizáció miatt bezárták. Mi lesz a nyitás után? Hogyan működik a nagy hadronütköztető?

Hogyan működik a nagy hadronütköztető? Az LHC működése, mint minden gyorsító, a töltött részecskék elektromos és mágneses mezőkkel való kölcsönhatásán alapul. Az elektromos mező közvetlenül képes munkát végezni egy részecskén, vagyis növelni az energiáját. A Lorentz-erőt létrehozó mágneses tér csak eltéríti a részecskét anélkül, hogy megváltoztatná az energiáját, és beállítja azt a pályát, amelyen a részecskék mozognak.

Mint már említettük, az LHC-ben a részecskék sebessége közel van a vákuumban lévő fény sebességéhez. A részecskék ilyen nagy sebességre történő gyorsítása több lépésben történik. Az első szakaszban az alacsony energiájú Linac 2 és Linac 3 lineáris gyorsítók protonokat és ólomionokat fecskendeznek be a további gyorsítás érdekében. Ezután a részecskék belépnek a PS boosterbe, majd magába a PS-be (proton szinkrotron), 28 GeV energiát szerezve. Ezt követően folytatódik a részecskegyorsítás az SPS-ben (Super Synchrotron Proton Synchrotron), ahol a részecske energiája eléri a 450 GeV-ot. A sugarat ezután a fő 26,7 kilométeres gyűrűbe irányítják.

Hadronütköztető 2009

Az ütközőgép teljes gyűrűje nyolc egyenlő szektorra van osztva, amelyek mindegyikén egy sorban vannak mágnesek, amelyek a protonsugár mozgását szabályozzák. Mágneses tér hatására az elemi részecskék nem tangenciálisan repülnek el, hanem a gyűrűn belül maradnak. Ezenkívül a speciális fókuszmágnesek megakadályozzák, hogy a protonok mozgás közben hosszirányban oszcilláljanak, és hozzáérjenek a vákuumcső falához, amelyben a mozgás megtörténik.

Az alagút mentén összesen 1624 mágnes van felszerelve. Teljes hosszuk meghaladja a 22 km-t, az egyes mágnesek hossza körülbelül 15 méter. Kétféle mágnest használnak: négyes (392 db) és dipólus (1232 db). A dipólus mágnesek tartják a részecskéket, míg a négyes mágnesekre azért van szükség, hogy maximalizáljuk a csövek találkozásánál előforduló részecskekölcsönhatások esélyét. Egy mágnes össztömege több mint 27 tonna.

A szükséges mágneses térerősségek eléréséhez a mágneseket szupravezető tekercsekkel kellett elkészíteni. Ezért ahhoz, hogy üzemképes állapotba kerüljenek, le kell hűteni őket 1,9 K (vagy -271,3 Celsius-fok) hőmérsékletre. Ez alacsonyabb, mint a világűr hőmérséklete (2,7 K vagy -270,5 Celsius fok). Ahhoz, hogy 36 800 tonna szerkezetet lehűtsenek, és szárazföldi körülmények között űrhűtést biztosítsanak, az LHC-nek egy erőteljes kriogén rendszert kellett létrehoznia, amely több mint 40 000 lezárt hegesztést tartalmazott, és 10 000 tonna folyékony nitrogént és 130 tonna folyékony héliumot használ fel.

Négy helyen keresztezik egymást a két gyorsítócső nyalábjai, és ezeken a helyeken a protonok 7-szer nagyobb energiával ütköznek, mint az amerikai Tevatron gyorsítónál elért korábbi rekord. A protonok ütközésének pontján 100 tum feletti hőmérséklet várható. alkalommal magasabb, mint a Nap középpontjában, annak ellenére, hogy az LHC szupravezető mágneseit -271,3 Celsius-fokra hűtik le. Tehát elmondhatjuk, hogy a BAK a világ legmelegebb és leghidegebb gépe is.

Két részecske frontális ütközése meglehetősen ritka esemény. Amikor két, egyenként 100 milliárd részecskéből álló nyaláb metszi egymást, csak 20 részecske ütközik. De mivel a sugarak körülbelül 30 milliószor metszik egymást másodpercenként, másodpercenként 600 millió ütközés fordulhat elő.

Amikor a protonok összeütköznek, a „fröccsenések” – elemi részecskék – átlagosan minden irányba elrepülnek, minden ütközésre körülbelül 100 darab születik. A projekt előírja, hogy a jövőben nem csak a protonokat, hanem az ólommagokat is felgyorsítják ugyanazokon a csöveken keresztül: ebben az esetben minden egyes atommag-ütközéssel mintegy 15 ezer új részecske születik.

Két részecske frontális ütközése azonban csak a csata fele. Sajnos ma már nem áll a tudósok rendelkezésére olyan műszer, amely közvetlenül regisztrálhatná például a kvark-gluon plazmát, amely elhanyagolhatóan rövid idő, 10 (mínusz 23 fok) másodperc múlva nyomtalanul eltűnik. Egy kísérlet eredményét a kísérlet során született részecskék által hagyott nyomok alapján kell megítélni. Az ütközés során keletkezett részecskék rögzítésére speciális eszközöket - detektorokat - terveztek. Hat közülük van: ALICE (A Large Ion Collider Experiment), ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS), CMS (Compact Muon Solenoid), LHCb (Yhe Large Hadron Collider szépségkísérlet), TOTEM (TOTAL Elasztikus és diffrakciós keresztmetszet mérése) és LHCf (The Large Hadron Collider előre).

Hadronütköztető 2010

Az ALICE nevű detektort a kvark-gluon plazma tanulmányozására tervezték. A fizikusok reményei szerint az ATLAS és a CMS detektorok képesek lesznek „elkapni” a Higgs-bozont és a sötét anyagot. Az LHCb detektorok célja a b-kvarkok fizikájának tanulmányozása, amely lehetővé teszi számunkra, hogy jobban megértsük az anyag és az antianyag közötti különbségeket. TOTEM - a „nem ütköző részecskék” (előre irányuló részecskék) tanulmányozása, amely lehetővé teszi a protonok méretének pontosabb mérését, és végül az LHCf - a kozmikus sugarak tanulmányozása, ugyanazokkal a „nem ütköző részecskékkel” modellezve. .

Az ilyen detektorok által megszerzett információ mennyisége példátlanul nagy, és azt is továbbítani kell minden olyan országba, ahol a kísérletben résztvevők dolgoznak. Ezért a CERN egy új rendszert hoz létre hatalmas mennyiségű adat gyors terjesztésére - a GRID-et. Ennek a rendszernek tárolnia és kiszámítania kell a gyorsítóérzékelőktől kapott adatokat. Az adatáramlás eléri a 15 millió gigabájtot évente, ami 100 ezer DVD-halmaznak felel meg. Talán a GRID rendszer is az új SuperInternet prototípusa lesz, tekintve, hogy maga az Internet és a világháló pontosan a CERN-ben született. Itt már a 80-as években sürgetővé vált az a sürgős feladat, hogy a kontinenseken szétszórtan nagy nemzetközi tudóscsoportokat gyorsan áthelyezzék. Ennek eredményeként először a CERN-ben készítették el a World Wide Web prototípusát, és fejlesztették ki a megfelelő szoftvert.

Technoplaza-Siberia: berendezésjavítás, teherautójavítás, személygépkocsi-javítás Novoszibirszkben

Natalia Demina ellátogatott az Európai Nukleáris Kutatási Központba (CERN) annak 60. évfordulója előestéjén. Bízik benne, hogy a modernizáció után a Nagy Hadronütköztető készen áll az új felfedezésekre.

Soha nem bicikliztem át a Large Hadron Collider alagúton. Bár két tucat bicikli, speciális állványon lógva vagy a falnak támaszkodva egyértelműen várta az érdeklődőket. Éppen lent voltunk, amikor hirtelen megszólalt a sziréna. Csoportunkat azonnal a lifthez siettek, ami felvitt minket a felszínre, 90 méterrel feljebb. "Ha tűz keletkezik az alagútban, minden megtelik speciális habbal, amelyben lélegezni lehet.", - nyugtatott meg minket a vidám kísérő Afro-svájci Abdillah Abal. – Próbáltál már belélegezni?- Megkérdeztem. "Nem!"- válaszolta, mire mindenki nevetett.

Az épületbe, ahol a kísérlet zajlik ALICE, pár perc múlva megérkezett a tűzoltóság. Körülbelül egy órán keresztül folytatódott a riasztás okának keresése – kiderült, hogy az alagútban leoldott az oxigénszint-érzékelő, de már nem engedtek lemenni.

Magamat CERNúgy néz ki, mint egy város, a bejáratnál sorompó fogad egy őrrel, aki ellenőrzi a bérletet vagy a foglalást egy helyi hostel szállodában. „Korábban könnyebb volt, mondják a régiek. — Mindez csak azután jelent meg, hogy több kellemetlen incidens történt, köztük a zöldekkel is.”. Milyen egyéb események? A CERN minden nap nyitva áll a világ felé a területén és belül múzeum ("Tudomány és innováció szférája") Az iskolások, a diákok és a tanárok kirándulnak, és mesélnek nekik a világ egyik legjobb fizikai központjának múltjáról, jelenéről és jövőjéről. Úgy tűnik, a CERN-ben minden megvan: posta, finom, olcsó önkiszolgáló étterem, bank, japán sakura és orosz nyírfák. Szinte paradicsom - mind az alkalmazottak, mind a látogatók számára. De vannak olyan emberek is, akiknek szükségük van olyan „incidensekre”, mint a levegő, és ennek valamilyen módon ésszerűen ellen kell tudnunk állni.

Maga a 27 kilométeres gyűrű 50-150 m mélységben található mind Franciaország, mind Svájc területén. Genf központjából a CERN-be rendszeres városi villamossal mindössze 20-30 perc alatt elérhető. A két ország határa szinte láthatatlan, és eddig nem mondták el nekem: "Nézd, itt a határ", nem vettem volna észre őt. Az autók és a gyalogosok megállás nélkül közlekednek. Jómagam oda-vissza sétáltam, a szállodától a CERN-ig, és azon nevettem magam, hogy Franciaországból Svájcba megyek vacsorázni.

Mielőtt megérkeztem a CERN-be, nem tudtam, hogy az orosz védelmi ipar milyen szerepet játszott az ütköző építésében, amely a Szovjetunió idejéből maradt fenn. Így a CMS detektor hadronvégi kaloriméteréhez nagy mennyiségű speciális lemezt kellett készíteni sárgarézből. Hol tudok sárgarézhez jutni? Kiderült, hogy északon, a haditengerészeti vállalkozásainknál sok elhasznált patron gyűlt össze, ezért azokat beolvasztották.

„Egy időben, amikor az amerikaiak „csillagháborúkkal” fenyegették a Szovjetuniót, Velikhov akadémikus lézerfegyverek pályára állítását javasolta. A lézerekhez speciális kristályokra volt szükség Vlagyimir Gavrilov, az Elméleti és Kísérleti Fizikai Intézet (ITEP) CMS-kísérletének vezetője mondta nekem. — Ehhez a projekthez több gyárat építettek. De aztán minden összeomlott, a gyáraknak nem volt mit tenniük. Kiderült, hogy a Tula régióban, Bogoroditskben található üzem képes elkészíteni a CMS-hez szükséges kristályokat.”.

ATLAS ÉS CMS KÍSÉRLETEK

Négy nagy kísérlet zajlik a Nagy Hadronütköztetőben ( ATLASZ, CMS, ALICEÉs LHCb) és három kicsi ( LHCf, MOEDALÉs TOTEM). A négy nagy kísérletből származó adatfolyam évi 15 petabájt (15 millió GB), amihez 20 kilométeres köteg CD-re lenne szükség. A Higgs-bozon felfedezésének megtiszteltetése az ATLAS-t és a CMS-t közösen illeti meg, sok oroszországi tudós vesz részt ezekben az együttműködésekben. Mindössze 60 év alatt több mint ezer orosz szakember dolgozott a CERN-ben. Az ATLAS detektor nem más, mint csodálatos: 35 m magas, 33 m széles és közel 50 m hosszú. Nikolay Zimin, a dubnai Közös Nukleáris Kutatóintézet alkalmazottjaés ez a kísérlet, aki sok évig a CERN-ben dolgozott, a detektort egy óriási fészkelő babához hasonlította. „A detektorok minden felső rétege körülveszi az előzőt, és a lehető legnagyobb mértékben próbálja lefedni a térszöget. Ideális esetben meg kell győződnie arról, hogy az összes kiszabaduló részecskét meg lehet fogni, és a detektor „holt zónáit” minimalizálni kell., hangsúlyozza. A detektor alrendszerek, a „detektorrétegek” mindegyike regisztrál bizonyos részecskéket, amelyek protonnyalábok ütközése során keletkeznek.

Hány „matrjoska baba” van egy nagy „matrjoska detektorban”? Négy nagy alrendszer, köztük a müon és a kaloriméter rendszer. Ennek eredményeként a kibocsátott részecske áthalad a detektor körülbelül 50 „regisztrációs rétegén”, amelyek mindegyike összegyűjti ezt vagy azt az információt. A tudósok meghatározzák e részecskék pályáját az űrben, töltésüket, sebességüket, tömegüket és energiájukat.

A protonsugarak csak azokon a helyeken ütköznek, amelyeket detektorok vesznek körül, az ütköztető más helyein párhuzamos csöveken repülnek át.

A nyalábok felgyorsultak és elindultak a Nagy Hadronütköztetőbe, 10 órán keresztül forognak, ezalatt 10 milliárd km-t tesznek meg, ami elegendő a Neptunusz és visszautazáshoz. A szinte fénysebességgel haladó protonok 11 245 fordulatot tesznek meg másodpercenként a 27 kilométeres gyűrű mentén!

Az injektort elhagyó protonokat gyorsítók kaszkádján vezetik át, amíg be nem lépnek egy nagy gyűrűbe. „A CERN-nek – az orosz központokkal ellentétben – minden, a maga idejében rekordot jelentő gyorsítót sikerült előgyorsítóként használnia a következőhöz”, jegyzetek Nikolay Zimin. Az egész azzal kezdődött Proton Synchrotron (PS, 1959), akkor volt Szuperproton szinkrotron (SPS, 1976), Akkor Nagy elektron-pozitron ütköztető (LEP, 1989). Aztán a LEP-et kivágták az alagútból, hogy pénzt takarítsanak meg, és a helyére megépült a Large Hadron Collider. „Akkor az LHC-t kivágják, szuper LHC-t építenek, már vannak ilyen ötletek. Vagy talán azonnal elkezdik építeni az FCC-t (Future Circular Colliders), és megjelenik egy 100 kilométeres 50 TeV-es ütköztető.”, - folytatja történetét Zimin.

„Miért van itt minden olyan jól szervezett biztonsági szempontból? Mert lent sok veszély fenyeget. Először is, maga a kazamata 100 méter mély. Másodszor, sok kriogén technológia létezik, az ATLAS két mágneses térrel működik. Az egyiket egy központi szupravezető mágnesszelep képezi, amelyet hűteni kell. Másodszor, a világ legnagyobb mágneses toroidjai. Ezek az egyik irányban 25 méteresek, a másik irányban a 6 méteresek. Mindegyikük 20 kA áramot kering. És folyékony héliummal is hűteni kell őket. 1,6 GJ tárolt mágneses térenergiával rendelkezünk, így ha valami történik, a detektor tönkremenetelének következményei katasztrofálisak lehetnek. A detektor sugárkamrájában nagy vákuum van, és ha eltörik, robbanás következhet be.”, - beszél Nikolay Zimin.

„Itt van a Naprendszer egyik legüresebb (vákuum szempontjából) helye, és az egyik leghidegebb az Univerzumban: 1,9 K (-271,3 °C). Ugyanakkor a Galaxis egyik legforróbb helye.", - ezt szeretik mondani a CERN-ben, és mindez nem túlzás. Az LHC rendelkezik a világ legnagyobb hűtőrendszerével, amely szükséges a 27 kilométeres gyűrű szupravezető állapotának fenntartásához. Azokban a csövekben, amelyeken a protonnyalábok átrepülnek, 10-12 atmoszférájú ultramagas vákuumot hoznak létre, hogy elkerüljék a gázmolekulákkal való ütközést.

EGYÜTTMŰKÖDÉSEK KÖZTÁRSASÁGAI

A Nagy Hadronütköztetőben végzett munka az együttműködések közötti állandó tudományos verseny körülményei között zajlik. De A Higgs-bozont egyszerre fedezte fel az ATLAS és a CMS csoport. Vladimir Gavrilov (CMS) kiemeli annak fontosságát, hogy két független együttműködés egyszerre dolgozzon ezen a feladaton. „A bejelentés a Higgs-bozon megtalálásáról csak azután érkezett, hogy mindkét együttműködés teljesen eltérő módon, de megközelítőleg azonos paraméterekre mutatott rá két detektornál lehetséges pontossággal. Most ez a pontosság növekszik, és az eredmények közötti egyezés még jobb.". „A CERN és az együttműködés két különböző dolog. A CERN egy laboratórium, gyorsítót ad, és az együttműködések a tudósok különálló államai, saját felépítéssel, saját pénzügyekkel és menedzsmenttel. A detektorokon dolgozók pedig 90%-ban nem a CERN alkalmazottai, hanem intézetek alkalmazottai, munkájukat a résztvevő államok, intézetek fizetik, a CERN pedig ugyanolyan alapon vesz részt az együttműködésben, mint a többi intézet.”, magyarázza Oleg Fedin a Szentpétervári Nukleáris Fizikai Intézettől.

A NAGY HADRON ÜTKÖZTETŐ JÖVŐJE

Már az ütköző másfél éve nem működik, mérnökök és technikusok ellenőrzik és cserélik a berendezéseket. „2015 januárjában fogjuk elindítani az első gerendákat. Nem tudom, mikor jönnek az első érdekes eredmények. Az ütköző energiája majdnem megduplázódik - 7-ről 13 TeV-ra -, ez valójában egy új gép.", mondta nekünk Rolf-Dieter Heuer, a CERN főigazgatója.

Mit vár Rolf Heuer az LHC modernizálás utáni bevezetésétől? „Az az álmom, hogy itt, az LHC-n megtaláljuk a sötét anyag részecskéinek nyomait. Csodálatos lesz. De ez csak álom! Nem tudom garantálni, hogy megtaláljuk. És természetesen felfedezhetünk néhány új dolgot. Egyrészt ott van a Standard Modell – elképesztően jól írja le a világot. De ez nem magyaráz semmit. Túl sok paramétert adott meg manuálisan. A standard modell fantasztikus. De a standard modellen túl van még nagyobb fantázia.”.

A CERN 60. évfordulója előestéjén Rolf Heuer megjegyzi, hogy a tudományos központ ezekben az években a következő mottó alatt élt: „60 év tudomány a világért”. Szerinte, „A CERN nem hagyta figyelmen kívül, hanem igyekezett a lehető legtávolabb maradni minden politikai kérdéstől. A CERN megalapítása óta, amikor megosztottság volt Nyugat és Kelet között, mindkét oldal képviselői dolgozhattak itt együtt. Ma vannak tudósaink Izraelből és Palesztinából, Indiából és Pakisztánból... Igyekszünk kimaradni a politikából, igyekszünk az emberiség képviselőiként, normális emberként dolgozni.”.

Ez a cikk az LHC The Guide brosúrát használja. Elektronikus változat - a honlapon

A „Nagy Hadronütköztető” kifejezés olyan mélyen beépült a médiába, hogy rengeteg ember ismeri ezt az installációt, köztük azok is, akiknek tevékenysége semmilyen módon nem kapcsolódik az elemi részecskék fizikájához, vagy általában a tudományhoz.

Valóban, egy ilyen nagyszabású és költséges projektet a média nem hagyhatott figyelmen kívül - egy majdnem 27 kilométer hosszú, több tízmilliárd dollárba kerülő gyűrűtelepítést, amellyel több ezer tudós dolgozik a világ minden tájáról. Az ütközőgép népszerűségéhez jelentős mértékben hozzájárult az úgynevezett „Istenrészecske” vagy Higgs-bozon, amelyet sikeresen reklámoztak, és amelyért Peter Higgs 2013-ban fizikai Nobel-díjat kapott.

Először is meg kell jegyezni, hogy a Large Hadron Collider nem a semmiből épült, hanem elődje, a Large Electron-Positron Collider (LEP) helyén keletkezett. A 27 kilométeres alagút munkálatai 1983-ban kezdődtek, ahol később egy elektronokat és pozitronokat ütköztető gyorsító felkutatását tervezték. 1988-ban a köralagút bezárult, és a munkások olyan óvatosan közelítették meg az alagutat, hogy az alagút két vége között csak 1 centiméter volt az eltérés.

A gyorsító 2000 végéig működött, amikor is elérte 209 GeV-os csúcsenergiáját. Ezt követően megkezdődött a bontása. Működésének tizenegy éve alatt a LEP számos felfedezést hozott a fizikába, köztük a W és Z bozonok felfedezését és további kutatásaikat. A vizsgálatok eredményei alapján arra a következtetésre jutottak, hogy az elektromágneses és a gyenge kölcsönhatások mechanizmusai hasonlóak, ennek eredményeként megkezdődött az elméleti munka ezen kölcsönhatások elektrogyengevé történő kombinálásán.

2001-ben megkezdődött a Nagy Hadronütköztető építése az elektron-pozitron gyorsító helyén. Az új gyorsító építése 2007 végén fejeződött be. A LEP telephelyén volt - Franciaország és Svájc határán, a Genfi-tó völgyében (Genftől 15 km-re), száz méteres mélységben. 2008 augusztusában megkezdődtek az ütköző tesztelése, szeptember 10-én pedig megtörtént az LHC hivatalos elindítása. A korábbi gyorsítóhoz hasonlóan a létesítmény építését és üzemeltetését is az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) irányítja.

CERN

Érdemes röviden megemlíteni a CERN szervezetet (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire). Ez a szervezet a világ legnagyobb laboratóriumaként működik a nagy energiájú fizika területén. Háromezer állandó alkalmazottat foglal magában, és több ezer kutató és tudós vesz részt 80 országból a CERN projektekben.

Jelenleg 22 ország vesz részt a projektben: Belgium, Dánia, Franciaország, Németország, Görögország, Olaszország, Hollandia, Norvégia, Svédország, Svájc, Nagy-Britannia - alapítók, Ausztria, Spanyolország, Portugália, Finnország, Lengyelország, Magyarország , Csehország, Szlovákia, Bulgária és Románia – csatlakozott. Azonban, mint fentebb említettük, több tucat ország vesz részt ilyen vagy olyan módon a szervezet munkájában, különösen a Nagy Hadronütköztetőben.

Hogyan működik a nagy hadronütköztető?

Mi az a Nagy Hadronütköztető, és hogyan működik, ezek a fő közérdekű kérdések. Nézzük tovább ezeket a kérdéseket.

Collider – angol fordításban azt jelenti, hogy „aki ütközik”. Az ilyen összeállítás célja a részecskék ütköztetése. A hadronütköztető esetében a részecskéket hadronok játsszák - erős kölcsönhatásban részt vevő részecskék. Ezek protonok.

Protonok megszerzése

A protonok hosszú útja a duoplasmatronból származik - a gyorsító első szakaszából, amely gáz formájában kapja meg a hidrogént. A duoplasmatron egy kisülési kamra, ahol az elektromos kisülést gázon keresztül vezetik. Tehát a hidrogén, amely csak egy elektronból és egy protonból áll, elveszíti elektronját. Ily módon plazma keletkezik - egy töltött részecskékből - protonokból álló anyag. Természetesen nehéz tiszta protonplazmát szerezni, ezért a keletkező plazmát, amely molekulaionok és elektronok felhőjét is tartalmazza, kiszűrik, hogy izolálják a protonfelhőt. Mágnesek hatására a protonplazma sugárnyalábba ütődik.

A részecskék előzetes gyorsítása

Az újonnan kialakult protonnyaláb a LINAC 2 lineáris gyorsítóban kezdi meg útját, amely egy 30 méteres gyűrű, amely egymás után több üreges hengeres elektródával (vezetővel) van felakasztva. A gyorsító belsejében létrejövő elektrosztatikus mezőt úgy osztályozzák, hogy az üreges hengerek közötti részecskék mindig a következő elektróda irányában gyorsuló erőt fejtenek ki. Anélkül, hogy ebben a szakaszban teljesen belemerülnénk a protongyorsítási mechanizmusba, csak megjegyezzük, hogy a LINAC 2 kimenetén a fizikusok 50 MeV energiájú protonnyalábot kapnak, amely már eléri a fénysebesség 31%-át. Figyelemre méltó, hogy ebben az esetben a részecskék tömege 5%-kal nő.

2019-2020-ra a tervek szerint a LINAC 2-t LINAC 4-re cserélik, ami 160 MeV-ra gyorsítja a protonokat.

Érdemes megjegyezni, hogy az ütköző az ólomionokat is felgyorsítja, ami lehetővé teszi a kvark-gluon plazma tanulmányozását. A LINAC 3 gyűrűben gyorsítják, hasonlóan a LINAC 2-höz. A jövőben argonnal és xenonnal is kísérleteket terveznek.

Ezután a protoncsomagok belépnek a proton szinkronerősítőbe (PSB). Négy egymásra helyezett 50 méter átmérőjű gyűrűből áll, amelyekben elektromágneses rezonátorok találhatók. Az általuk létrehozott elektromágneses tér nagy intenzitású, és a rajta áthaladó részecske a térpotenciál-különbség hatására gyorsulást kap. Így már 1,2 másodperc elteltével a részecskék a PSB-ben a fénysebesség 91%-ára gyorsulnak fel, és elérik az 1,4 GeV energiát, majd belépnek a proton szinkrotronba (PS). A PS 628 méter átmérőjű, és 27 mágnessel van felszerelve, amelyek körpályára irányítják a részecskesugarat. Itt a részecske protonjai elérik a 26 GeV-ot.

A protonok gyorsítására szolgáló utolsó előtti gyűrű a Super Proton Synchrotron (SPS), amelynek kerülete eléri a 7 kilométert. Az 1317 mágnessel felszerelt SPS 450 GeV energiára gyorsítja a részecskéket. Körülbelül 20 perc elteltével a protonsugár belép a fő gyűrűbe - a Large Hadron Collider (LHC).

A részecskék gyorsulása és ütközése az LHC-ben

A gyorsítógyűrűk közötti átmenetek az erős mágnesek által létrehozott elektromágneses tereken keresztül történnek. Az ütközőgép főgyűrűje két párhuzamos vonalból áll, amelyekben a részecskék körpályán, ellentétes irányban mozognak. Körülbelül 10 000 mágnes felel a részecskék körpályájának fenntartásáért és az ütközési pontokhoz való irányításáért, némelyikük akár 27 tonnát is nyom. A mágnesek túlmelegedésének elkerülése érdekében hélium-4 áramkört használnak, amelyen keresztül körülbelül 96 tonna anyag áramlik -271,25 ° C (1,9 K) hőmérsékleten. A protonok 6,5 TeV energiát érnek el (azaz az ütközési energia 13 TeV), sebességük 11 km/h-val kisebb, mint a fénysebesség. Így egy másodperc alatt egy protonsugár 11 000-szer halad át az ütköző nagy gyűrűjén. Mielőtt a részecskék összeütköznének, 5-24 órán keresztül keringenek a gyűrű körül.

A részecskeütközések a fő LHC gyűrű négy pontján fordulnak elő, ahol négy detektor található: ATLAS, CMS, ALICE és LHCb.

Nagy hadronütköztető detektorok

ATLAS (egy toroid LHC készülék)

— a Large Hadron Collider (LHC) két általános célú detektorának egyike. A fizika széles skáláját kutatja, a Higgs-bozon keresésétől a sötét anyagot felépítő részecskéig. Bár az ATLAS ugyanazokat a tudományos célokat szolgálja, mint a CMS-kísérlet, az ATLAS eltérő műszaki megoldásokat és eltérő mágneses rendszertervezést alkalmaz.

Az LHC részecskenyalábjai az ATLAS detektor közepén ütköznek, és szembejövő törmeléket hoznak létre új részecskék formájában, amelyek minden irányban kirepülnek az ütközési pontból. A becsapódási pont körül rétegekbe rendezett hat különböző érzékelési alrendszer rögzíti a részecskék útját, lendületét és energiáját, lehetővé téve azok egyedi azonosítását. Egy hatalmas mágnesrendszer meghajlítja a töltött részecskék útját, hogy impulzusukat mérni lehessen.

Az ATLAS detektor kölcsönhatásai hatalmas adatáramlást hoznak létre. Az adatok feldolgozásához az ATLAS egy fejlett "trigger" rendszert használ, amely megmondja az érzékelőnek, hogy mely eseményeket rögzítse és melyeket hagyja figyelmen kívül. Ezt követően kifinomult adatgyűjtő és számítási rendszereket használnak a rögzített ütközési események elemzésére.

A detektor 46 méter magas és 25 méter széles, tömege pedig 7000 tonna. Ezek a paraméterek teszik az ATLAS-t a valaha épített legnagyobb részecskedetektorrá. Egy alagútban található, 100 m mélységben, a CERN fő létesítménye közelében, a svájci Meyrin falu közelében. A telepítés 4 fő részből áll:

• A belső detektor hengeres, a belső gyűrű az áthaladó részecskenyaláb tengelyétől alig néhány centiméterre helyezkedik el, a külső gyűrű átmérője 2,1 méter, hossza pedig 6,2 méter. Három különböző érzékelőrendszerből áll, amelyek mágneses térbe merülnek. Egy belső detektor méri az egyes proton-proton ütközések során keletkező elektromosan töltött részecskék irányát, lendületét és töltését. A belső detektor fő elemei: egy Pixel Detector, egy Semi-Conductor Tracker (SCT) és egy Transition radiation Tracker (TRT).

• A kaloriméterek azt az energiát mérik, amelyet a részecske elveszít, amikor áthalad a detektoron. Elnyeli az ütközés során keletkező részecskéket, így rögzíti azok energiáját. A kaloriméterek nagy sűrűségű „elnyelő” anyag – ólom – rétegeiből állnak, amelyek felváltva „aktív közeg” – folyékony argon – rétegeiből állnak. Az elektromágneses kaloriméterek mérik az elektronok és fotonok energiáját, amikor kölcsönhatásba lépnek az anyaggal. A hadronkaloriméterek mérik a hadronok energiáját, amikor kölcsönhatásba lépnek az atommagokkal. A kaloriméterek képesek megállítani a legtöbb ismert részecskét, kivéve a müonokat és a neutrínókat.

LAr (Liquid Argon Calorimeter) - ATLAS kaloriméter

• Müonspektrométer – 4000 különálló müonkamrából áll, amelyek négy különböző technológiát alkalmaznak a müonok azonosítására és momentumának mérésére. A müonok általában egy belső detektoron és kaloriméteren haladnak át, ehhez müonspektrométerre van szükség.

• Az ATLAS mágneses rendszere a részecskéket a detektorrendszerek különböző rétegei köré hajlítja, így könnyebben követhető a részecskenyomok.

Az ATLAS kísérletben (2012. február) 38 ország 174 intézményéből több mint 3000 tudós vesz részt.

CMS (Compact Muon Solenoid)

— a Large Hadron Collider (LHC) általános célú detektora. Az ATLAS-hoz hasonlóan széles körű fizikai programmal rendelkezik, a standard modell tanulmányozásától (beleértve a Higgs-bozont is) egészen a sötét anyagot alkotó részecskék kereséséig. Bár a CMS ugyanazokat a tudományos célokat szolgálja, mint az ATLAS kísérlet, más műszaki megoldásokat és eltérő mágneses rendszertervezést alkalmaz.

A CMS detektor egy hatalmas szolenoid mágnes köré épül. Ez egy hengeres szupravezető kábel tekercs, amely 4 Tesla mezőt hoz létre, amely körülbelül 100 000-szerese a Föld mágneses mezőjének. A mezőt egy acél „járom” korlátozza, amely a detektor legmasszívabb alkatrésze, 14 000 tonnával. A komplett detektor 21 m hosszú, 15 m széles és 15 m magas A telepítés 4 fő részből áll:

• A szolenoid mágnes a világ legnagyobb mágnese, és az ütközési pontból kibocsátott töltött részecskék pályájának elhajlítására szolgál. A pályatorzítás lehetővé teszi a pozitív és a negatív töltésű részecskék megkülönböztetését (mivel ellentétes irányba hajlik), valamint nyomaték mérését, amelynek nagysága a pálya görbületétől függ. A mágnesszelep hatalmas mérete lehetővé teszi, hogy a nyomkövető és a kaloriméterek a tekercs belsejében helyezkedjenek el.
• Silicon Tracker – 75 millió egyedi elektronikus érzékelőből áll, amelyek koncentrikus rétegekben vannak elhelyezve. Amikor egy töltött részecske átrepül a nyomkövető rétegein, az energia egy részét átadja az egyes rétegeknek, kombinálva a részecske ütközési pontjait a különböző rétegekkel, lehetővé téve a pályájának további meghatározását.
• Kaloriméterek – elektron és hadron, lásd ATLAS kaloriméterek.
• Aldetektorok – lehetővé teszik a müonok észlelését. 1400 müonkamra képviseli őket, amelyek a tekercsen kívüli rétegekben helyezkednek el, váltakozva az „iga” fémlemezeivel.

A CMS-kísérlet a történelem egyik legnagyobb nemzetközi tudományos tanulmánya, amelyben 4300 ember vesz részt: részecskefizikusok, mérnökök és technikusok, hallgatók és kisegítő személyzet 182 intézményből, 42 országból (2014. február).

ALICE (Egy nagy ionütköztető kísérlet)

— egy nehézion-detektor a Large Hadron Collider (LHC) gyűrűin. Úgy tervezték, hogy az erősen kölcsönható anyagok fizikáját tanulmányozza extrém energiasűrűség mellett, ahol az anyag kvark-gluon plazma nevű fázisa képződik.

A mai univerzumban minden közönséges anyag atomokból áll. Minden atom protonokból és neutronokból álló magot tartalmaz (kivéve a hidrogént, amelynek nincs neutronja), amelyet elektronfelhő vesz körül. A protonok és neutronok pedig kvarkokból állnak, amelyek más részecskékkel, úgynevezett gluonokkal vannak összekötve. Soha egyetlen kvarkot sem figyeltek meg elszigetelten: úgy tűnik, hogy a kvarkok, valamint a gluonok tartósan össze vannak kötve, és olyan részecskékben vannak, mint a protonok és a neutronok. Ezt nevezik bezártságnak.

Az LHC ütközései több mint 100 000-szer magasabb hőmérsékletet hoznak létre, mint a Nap középpontjában. Az ütköztető lehetővé teszi az ólomionok közötti ütközéseket, újjáteremtve a közvetlenül az Ősrobbanás utáni állapotokhoz hasonló körülményeket. Ilyen szélsőséges körülmények között a protonok és a neutronok „olvadnak”, megszabadítva a kvarkokat a gluonos kötéseiktől. Ez a kvark-gluon plazma.

Az ALICE kísérletben az ALICE detektort használják, amely 10 000 tonna tömegű, 26 m hosszú, 16 m magas és 16 m széles. A készülék három fő részegységből áll: nyomkövető eszközökből, kaloriméterekből és részecskeazonosító detektorokból. Ezenkívül 18 modulra oszlik. Az érzékelő egy alagútban található, 56 m mélységben, a franciaországi Saint-Denis-Pouilly falu közelében.

A kísérletben több mint 1000 tudós vesz részt 30 ország több mint 100 fizikai intézetéből.

LHCb (Large Hadron Collider szépségkísérlet)

– A kísérlet az anyag és az antianyag közötti apró különbségeket tárja fel a szépségkvark vagy b-kvark nevű részecsketípus tanulmányozásával.

Ahelyett, hogy a teljes ütközési pontot egy zárt detektorral, például az ATLAS-szal és a CMS-sel körbevennék, az LHCb-kísérlet egy sor aldetektort használ a túlnyomórészt előrefelé irányuló részecskék észlelésére – azokat, amelyeket egy ütközés előre mutatott. Az első alérzékelőt az ütközési ponthoz közel, a többit pedig egymás után 20 méter távolságra szerelik fel.

Az LHC rengeteg különböző típusú kvarkot hoz létre, mielőtt azok gyorsan más formákká bomlanak. A b kvarkok felfogására komplex mozgáskövető detektorokat fejlesztettek ki az LHCb számára, amelyek közel helyezkednek el a részecskenyaláb ütközőn keresztüli mozgásához.

Az 5600 tonnás LHCb detektor közvetlen spektrométerből és síklemezes detektorokból áll. 21 méter hosszú, 10 méter magas és 13 méter széles, és 100 méterrel a föld alatt található. Körülbelül 700 tudós 66 különböző intézetből és egyetemről vesz részt az LHCb kísérletben (2013. október).

Egyéb kísérletek az ütközőnél

A Nagy Hadronütköztetőben végzett fenti kísérleteken kívül két másik kísérlet is folyik telepítésekkel:

• LHCf (nagy hadronütköztető előre)— a részecskesugarak ütközése után előredobott részecskéket vizsgálja. Kozmikus sugarakat szimulálnak, amelyeket a tudósok a kísérlet részeként tanulmányoznak. A kozmikus sugarak természetben előforduló töltött részecskék a világűrből, amelyek folyamatosan bombázzák a Föld légkörét. Összeütköznek a felső légkörben található atommagokkal, ami a talajszintet elérő részecskék kaszkádját idézi elő. Annak tanulmányozása, hogy az LHC-n belüli ütközések hogyan hoznak létre ilyen részecskekaszkádokat, segít a fizikusoknak értelmezni és kalibrálni a nagyszabású, több ezer kilométeres kozmikus sugárzási kísérleteket.

Az LHCf két detektorból áll, amelyek az LHC mentén helyezkednek el, 140 méterrel az ATLAS becsapódási pontjától mindkét oldalán. Mind a két detektor mindössze 40 kilogrammot nyom, 30 cm hosszú, 80 cm magas és 10 cm széles. Az LHCf kísérletben 30 tudós vesz részt 5 ország 9 intézetéből (2012. november).

• TOTEM (teljes keresztmetszet, rugalmas szórás és diffrakciós disszociáció)- kísérlet a leghosszabb telepítéssel az ütközőre. Küldetésük maguknak a protonoknak a tanulmányozása az alacsony szögű ütközések során keletkező protonok pontos mérésével. Ezt a régiót "előre" iránynak nevezik, és más LHC-kísérletek számára nem elérhető. A TOTEM detektorok csaknem fél kilométerre terjednek ki a CMS interakciós pontja körül. A TOTEM közel 3000 kg berendezéssel rendelkezik, köztük négy nukleáris teleszkóppal, valamint 26 római edénydetektorral. Ez utóbbi típus lehetővé teszi, hogy a detektorokat a lehető legközelebb helyezzék el a részecskesugárhoz. A TOTEM-kísérletben körülbelül 100 tudós vesz részt 8 ország 16 intézetéből (2014. augusztus).

Miért van szükség a nagy hadronütköztetőre?

A legnagyobb nemzetközi tudományos installáció a fizikai problémák széles skáláját kutatja:

• A csúcskvarkok tanulmányozása. Ez a részecske nemcsak a legnehezebb kvark, hanem a legnehezebb elemi részecske is. A felső kvark tulajdonságainak tanulmányozásának azért is van értelme, mert ez egy kutatási eszköz.
• A Higgs-bozon kutatása és tanulmányozása. Bár a CERN azt állítja, hogy a Higgs-bozont már felfedezték (2012-ben), nagyon keveset tudunk a természetéről, és további kutatások tisztázhatják működésének mechanizmusát.

• Kvark-gluon plazma vizsgálata. Amikor az ólommagok nagy sebességgel ütköznek, az ütközőben képződik. Kutatásai mind a magfizika (az erős kölcsönhatások elméletének továbbfejlesztése), mind az asztrofizika (a Világegyetem létezésének első pillanataiban történő tanulmányozása) számára hasznos eredményeket hozhatnak.
• Szuperszimmetria keresése. A kutatás célja a „szuperszimmetria” cáfolata vagy bizonyítása, amely szerint minden elemi részecskének van egy nehezebb partnere, amelyet „szuperrészecskéknek” neveznek.
• Foton-foton és foton-hadron ütközések vizsgálata. Ez javítani fogja az ilyen ütközések folyamati mechanizmusainak megértését.
• Egzotikus elméletek tesztelése. Ez a feladatkategória magában foglalja a legszokatlanabb - „egzotikusabb” feladatokat, például a párhuzamos univerzumok keresését mini-fekete lyukak létrehozásával.

Ezeken a feladatokon kívül még sok más is van, amelyek megoldásával az emberiség is jobban megértheti a természetet és a minket körülvevő világot, ami viszont lehetőséget nyit új technológiák létrehozására.

A Nagy Hadronütköztető gyakorlati előnyei és az alaptudomány

Először is meg kell jegyezni, hogy az alapkutatás hozzájárul az alaptudományhoz. Az alkalmazott tudomány ezen ismeretek alkalmazásával foglalkozik. A társadalom azon szegmense, amely nincs tisztában az alaptudomány előnyeivel, gyakran nem tekinti jelentősnek a Higgs-bozon felfedezését vagy a kvark-gluon plazma létrehozását. Az ilyen tanulmányok kapcsolata egy hétköznapi ember életével nem nyilvánvaló. Nézzünk egy rövid példát az atomenergiával kapcsolatban:

Antoine Henri Becquerel francia fizikus 1896-ban fedezte fel a radioaktivitás jelenségét. Sokáig azt hitték, hogy az emberiség nem fog egyhamar átállni az ipari felhasználásra. Mindössze öt évvel a történelem első atomreaktorának elindítása előtt a nagy fizikus, Ernest Rutherford, aki 1911-ben valóban felfedezte az atommagot, azt mondta, hogy az atomenergia soha nem talál majd alkalmazást. A szakértőknek sikerült újragondolniuk az atommagban lévő energiához való hozzáállásukat 1939-ben, amikor Lise Meitner és Otto Hahn német tudósok felfedezték, hogy az uránmagok neutronokkal besugározva két részre hasadnak, hatalmas mennyiségű energiát szabadítva fel - nukleáris. energia.

És csak az alapkutatások sorozatának ezen utolsó láncszeme után került szóba az alkalmazott tudomány, amely e felfedezések alapján feltalált egy nukleáris energia előállítására szolgáló berendezést - egy atomreaktort. A felfedezés mértékét az atomreaktorok által termelt villamos energia részarányának vizsgálatával lehet felmérni. Így például Ukrajnában az atomerőművek adják a villamosenergia-termelés 56%-át, Franciaországban pedig 76%-át.

Minden új technológia bizonyos alapvető ismereteken alapul. Íme még néhány rövid példa:

• 1895-ben Wilhelm Conrad Roentgen észrevette, hogy röntgensugárzás hatására a fényképezőlap elsötétül. Napjainkban a radiográfia az egyik leggyakrabban használt vizsgálat az orvostudományban, amely lehetővé teszi a belső szervek állapotának tanulmányozását, fertőzések, duzzanatok kimutatását.
• 1915-ben Albert Einstein javasolta a sajátját. Ma ezt az elméletet veszik figyelembe a GPS-műholdak működtetésekor, amelyek néhány méteres pontossággal határozzák meg az objektum helyét. A GPS-t celluláris kommunikációban, térképészetben, közlekedésfigyelésben, de elsősorban a navigációban használják. Az általános relativitáselméletet figyelmen kívül hagyó műhold hibája a kilövés pillanatától számítva napi 10 kilométerrel nőne! És ha egy gyalogos tudja használni az elméjét és a papírtérképét, akkor a légitársaságok pilótái nehéz helyzetbe kerülnek, mivel lehetetlen a felhők között navigálni.

Ha ma még nem találtak gyakorlati alkalmazást az LHC-ben tett felfedezésekre, ez nem jelenti azt, hogy a tudósok „hiába trükköznek az ütközőn”. Mint ismeretes, az értelmes ember a meglévő tudásból mindig a maximális gyakorlati alkalmazást igyekszik elérni, ezért az LHC-ban végzett kutatások során felhalmozott természetismeretek előbb-utóbb mindenképpen alkalmazásra kerülnek. Amint azt fentebb már bemutattuk, az alapvető felfedezések és az azokat használó technológiák közötti kapcsolat néha egyáltalán nem nyilvánvaló.

Végül megemlítjük az úgynevezett közvetett felfedezéseket, amelyeket nem tűztünk ki a vizsgálat kezdeti céljaként. Elég gyakran előfordulnak, mivel egy alapvető felfedezéshez általában új technológiák bevezetése és alkalmazása szükséges. Így az optika fejlesztése az alapvető űrkutatástól kapott lendületet, a csillagászok távcsővel végzett megfigyelései alapján. A CERN esetében így alakult ki egy mindenütt jelenlévő technológia: az Internet, egy Tim Berners-Lee által 1989-ben javasolt projekt a CERN szervezeti adatainak könnyebb megtalálása érdekében.

Alig néhány évvel ezelőtt fogalmam sem volt, mik azok a hadronütköztetők, a Higgs-bozon, és miért dolgoznak tudósok ezrei a világ minden tájáról egy hatalmas fizikai egyetemen Svájc és Franciaország határán, dollármilliárdokat temetve a földbe.
Aztán a bolygó sok más lakójához hasonlóan számomra is ismerőssé vált a Nagy Hadronütköztető kifejezés, a benne fénysebességgel ütköző elemi részecskék és az utóbbi idők egyik legnagyobb felfedezése, a Higgs-bozon ismerete.

Így aztán június közepén lehetőségem nyílt a saját szememmel látni, hogy miről beszélnek olyan sokan, és miről van annyi ellentmondó pletyka.
Ez nem csak egy rövid kirándulás volt, hanem egy teljes nap, amelyet a világ legnagyobb magfizikai laboratóriumában, Cernben töltöttünk. Itt kommunikálhattunk magukkal a fizikusokkal, és sok érdekes dolgot láthattunk ebben a tudományos campusban, és lementhettünk a szentek szentjébe - a Nagy Hadronütköztetőbe (de amikor elindul, és teszteket végeznek benne , kívülről nem lehet hozzáférni), látogassa meg az ütközőgép óriásmágneseit gyártó gyárat, az Atlas központot, ahol a tudósok elemzik az ütközőben szerzett adatokat, titokban meglátogatják a legújabb épülő lineáris ütköztetőt, sőt, szinte mint egy küldetésben, gyakorlatilag végigmenni egy elemi részecske tüskés útján, a végétől az elejéig. És nézd meg, hol kezdődik minden...
De minderről külön bejegyzésekben. Ma már csak a Large Hadron Collider.
Ha ezt egyszerűen nevezhetjük, akkor az agyam nem hajlandó megérteni, HOGYAN lehet ilyet először kitalálni, majd megépíteni.

2. Sok évvel ezelőtt ez a kép világhírű lett. Sokan úgy vélik, hogy ez a Nagy Hadron szakaszban. Valójában ez az egyik legnagyobb detektor - CMS - keresztmetszete. Átmérője körülbelül 15 méter. Nem ez a legnagyobb detektor. Az Atlas átmérője körülbelül 22 méter.

3. Ahhoz, hogy nagyjából megértsük, mi ez és mekkora az ütköző, nézzük meg a műholdas térképet.
Ez Genf egyik külvárosa, nagyon közel a Genfi-tóhoz. Itt található a hatalmas CERN campus, amelyről kicsit később külön is szólok, és egy rakás ütköztető található a föld alatt, különböző mélységekben. Igen igen. Nincs egyedül. Tíz van belőlük. A Nagy Hadron egyszerűen megkoronázza ezt a szerkezetet, képletesen szólva, befejezve az ütközők láncát, amelyen keresztül az elemi részecskék felgyorsulnak. Erről külön is beszélek, a Large (LHC) részecskével együtt a legelső, lineáris Linacig.
Az LHC gyűrű átmérője közel 27 kilométer, és alig több mint 100 méter mélyen fekszik (a képen a legnagyobb gyűrű).
Az LHC négy detektorral rendelkezik - Alice, Atlas, LHCb és CMS. Lementünk a CMS detektorhoz.

4. Ettől a négy detektortól eltekintve a föld alatti tér többi része egy alagút, amelyben folyamatos kék szegmensek találhatók, mint ezek. Ezek mágnesek. Óriás mágnesek, amelyekben őrült mágneses tér jön létre, amelyben az elemi részecskék fénysebességgel mozognak.
Ebből összesen 1734 darab van.

5. A mágnes belsejében olyan összetett szerkezet található. Rengeteg minden van itt, de a legfontosabb két üreges cső belsejében, amelyekben protonnyalábok repülnek.
Négy helyen (ugyanazokban a detektorokban) ezek a csövek metszik egymást, és protonsugarak ütköznek. Azokon a helyeken, ahol ütköznek, a protonok különféle részecskékre szóródnak, amelyeket detektorok észlelnek.
Ez azért van, hogy röviden beszéljünk arról, mi ez a hülyeség, és hogyan működik.

6. Szóval, június 14. reggel, CERN. Egy nem feltűnő kerítéshez érünk kapuval és egy kis épülettel a területen.
Ez a bejárata a Large Hadron Collider - CMS négy detektorának egyikéhez.
Itt szeretnék egy kicsit megállni, hogy beszéljünk arról, hogy egyáltalán hogyan sikerült eljutnunk idáig, és kinek köszönhetően.
És mindez Andrey-t, a CERN-ben dolgozó emberünket „okolhatja”, akinek köszönhetően látogatásunk nem egy rövid unalmas kirándulás volt, hanem hihetetlenül érdekes és rengeteg információval teli.
Andrey (a zöld pólóban) nem törődik a vendégekkel, és mindig örömmel segít meglátogatni a magfizika Mekkáját.
Tudod mi az érdekes? Ez az átviteli mód a Colliderben és általában a CERN-ben.
Igen, minden mágneskártyát használ, de... egy alkalmazott a bérletével hozzáfér a terület és létesítmények 95%-ához.
És csak a fokozott sugárveszélyesek igényelnek speciális hozzáférést - ez magában az ütközőben van.
Így az alkalmazottak gond nélkül mozognak a területen.
Egy pillanatra dollármilliárdokat és sok, a leghihetetlenebb berendezést fektettek be ide.
És akkor eszembe jut néhány elhagyott objektum a Krím-félszigeten, ahol már régóta mindent kivágtak, de ennek ellenére minden megatitkos, semmilyen körülmények között nem lehet filmezni, és az objektum ki tudja, milyen stratégiai.
Csak arról van szó, hogy itt az emberek adekvát fejjel gondolkodnak.

7. Így néz ki a CMS-terület. Nincsenek kirívó külső dekorációk vagy szuper autók a parkolóban. De megengedhetik maguknak. Csak semmi szükség.

8. A CERN, mint a világ vezető tudományos központja a fizika területén, többféle PR-irányt alkalmaz. Az egyik az úgynevezett „fa”.
Ennek keretében különböző országokból és városokból várják az iskolai fizikatanárokat. Itt megmutatják és elmondják. Ezután a tanárok visszatérnek iskolájukba, és elmondják diákjaiknak a látottakat. Egyes hallgatók a történettől inspirálva nagy érdeklődéssel fizikát kezdenek tanulni, majd egyetemekre mennek fizika szakra, és a jövőben talán még itt is dolgoznak.
De amíg a gyerekek még iskolába járnak, lehetőségük van ellátogatni a CERN-be, és természetesen lemenni a Nagy Hadronütköztetőhöz.
Havonta több alkalommal külön „nyílt napokat” tartanak itt a különböző országokból érkező tehetséges, a fizika szerelmesei számára.
Pontosan azok a tanárok választják ki őket, akik ennek a fának a középpontjában álltak, és benyújtják javaslataikat a CERN svájci irodájához.
Véletlenül azon a napon, amikor meglátogattuk a Nagy Hadronütköztetőt, az egyik ilyen csoport Ukrajnából érkezett ide – gyerekek, a Kis Tudományos Akadémia diákjai, akik nehéz versenyen estek át. Velük együtt ereszkedtünk le 100 méter mélyre, a Collider szívébe.

9. Dicsőség jelvényeinkkel.
Az itt dolgozó fizikusok kötelező elemei a zseblámpás sisak és a csizma fémlemezzel az orránál (hogy megvédje lábujjaikat terhelés esetén)

10. Tehetséges gyerekek, akik szenvedélyesek a fizika iránt. Néhány percen belül a helyük valóra válik - leszállnak a Nagy Hadronütköztetőbe

11. A dolgozók dominót játszanak, miközben pihennek a következő föld alatti műszak előtt.

12. Irányító és felügyeleti központ CMS. Ide áramlanak a rendszer működését jellemző fő érzékelők elsődleges adatai.
Amikor az ütköző működik, egy 8 fős csapat dolgozik itt éjjel-nappal.

13. El kell mondani, hogy a Large Hadron jelenleg két évre le van állítva az ütköző javítási és korszerűsítési programjának végrehajtása érdekében.
Az tény, hogy 4 éve volt rajta egy baleset, ami után az ütköző soha nem működött teljes kapacitással (a balesetről a következő bejegyzésben lesz szó).
A 2014-ben befejeződő korszerűsítés után még nagyobb teljesítménnyel kell működnie.
Ha most működne az ütköző, biztosan nem tudnánk meglátogatni

14. Speciális műszaki lifttel ereszkedünk le több mint 100 méter mélyre, ahol a Collider található.
A lift az egyetlen eszköz a személyzet megmentésére vészhelyzet esetén, mert... itt nincsenek lépcsők. Vagyis ez a legbiztonságosabb hely a CMS-ben.
Az utasítások szerint riasztás esetén minden személyzetnek azonnal a lifthez kell mennie.
Itt túlzott nyomás keletkezik, hogy füst esetén a füst ne kerüljön be, és az emberek ne mérgeződjenek meg.

15. Boris aggódik amiatt, hogy nincs füst.

16. Mélységben. Itt mindent áthat a kommunikáció.

17. Végtelen kilométernyi vezeték és kábel adatátvitelhez

18. Rengeteg cső van itt. Az úgynevezett kriogenika. A helyzet az, hogy a mágnesek belsejében héliumot használnak hűtésre. Más rendszerek hűtése, valamint a hidraulika is szükséges.

19. A detektorban található adatfeldolgozó helyiségekben hatalmas számú szerver található.
Ezeket úgynevezett hihetetlen teljesítmény triggerekké egyesítik.
Például az első triggernek 40 000 000 eseményből 3 ezredmásodperc alatt körülbelül 400-at kell kiválasztania, és át kell vinnie a második triggerre – a legmagasabb szintre.

20. Száloptikai őrület.
A számítógépes helyiségek a detektor felett helyezkednek el, mert Itt nagyon kicsi mágneses tér van, ami nem zavarja az elektronika működését.
Magában a detektorban nem lehetne adatokat gyűjteni.

21. Globális trigger. 200 számítógépből áll

22. Milyen Apple létezik? Dell!!!

23. A szerverszekrények biztonságosan zárva vannak

24. Vicces rajz az egyik operátor munkahelyén.

25. 2012 végén a Nagy Hadronütköztetőben végzett kísérlet eredményeként felfedezték a Higgs-bozont, és ezt az eseményt széles körben ünnepelték a CERN dolgozói.
A pezsgősüvegeket nem szándékosan dobták ki az ünneplés után, mert azt hitték, hogy ez csak a nagy dolgok kezdete.

26. Magának az érzékelőnek a megközelítésében mindenhol sugárzási veszélyekre figyelmeztető táblák vannak

26. A Collider minden dolgozója rendelkezik személyi doziméterrel, amelyet köteles az olvasókészülékhez vinni, és rögzíteni a helyét.
A dózismérő összesíti a sugárzási szintet, és ha megközelíti a határdózist, értesíti a munkavállalót, valamint online is továbbítja az adatokat az irányító állomásra, figyelmeztetve, hogy az ütköző közelében személy van, aki veszélyben van.

27. Közvetlenül az érzékelő előtt van egy felső szintű beléptető rendszer.
Bejelentkezni személyes kártya, doziméter csatolásával és retinavizsgálattal lehet

28. Mit csinálok

29. És itt van - a detektor. A belsejében lévő kis szúrás valami fúrótokmányhoz hasonlít, amelyben azok a hatalmas mágnesek vannak, amelyek most nagyon kicsinek tűnnek. Jelenleg nincsenek mágnesek, mert... modernizálás alatt áll

30. Működő állapotban az érzékelő csatlakoztatva van, és úgy néz ki, mint egy egység

31. A detektor tömege 15 ezer tonna. Hihetetlen mágneses mező jön létre itt.

32. Hasonlítsa össze a detektor méretét az alábbiakban dolgozó emberekkel és berendezésekkel

33. Kék kábelek - táp, piros - adat

34. Érdekesség, hogy működés közben a Big Hadron óránként 180 megawatt áramot fogyaszt.

35. Szenzorok rutin karbantartási munkái

36. Számos érzékelő

37. És nekik az áram... a száloptika visszatér

38. Egy hihetetlenül okos ember kinézete.

39. Másfél óra a föld alatt elrepül, mint öt perc... Visszaemelkedve a halandó földre, önkéntelenül is azon tűnődsz... HOGYAN lehet ezt megtenni.
ÉS MIÉRT csinálják ezt…

Egy évvel ezelőtt, a Liege-ben évente megrendezésre kerülő Tudomány tavasza fesztivál keretében feleségemmel megszerkesztettük egy részecskeütköző mechanikus modelljét. Ez egy nagyon egyszerű modell, amelyben fémgolyók gurulnak, ütköznek és szétrepülnek. De segítségével egy tucat fizikai jelenséget demonstrálhat, amelyek valódi gyorsítókban és detektorokban fordulnak elő. A modell bemutatója az iskolásoknak döbbenten ment a magyarázatok után, ők maguk kezdtek el labdákat indítani, ütközéseket rögzíteni.

Most végre eljutottam ahhoz, hogy lefilmesítsem akcióban, és elmondjam, milyen érdekességeket lehet vele bemutatni.

Mechanikus modellünk egy C-alakú plexicsőből, egy ügyesen kialakított fémbetétből, két ablakon keresztül a csőbe vezető ereszcsatornából és egy detektorként funkcionáló finom homokos tálcából áll. Ha egyszerre két golyót enged el, akkor az ereszcsatornák legördülése és a gyűrűbe repülés után a fémszakasz közepén összeütközik, kirepülnek, és vékony homokrétegben nyomokat rajzolnak.

Mindezek a jelenségek tisztán mechanikusak, nincs elektromosság, mágnesesség vagy bármilyen virtuális ütközés-szimuláció. A látszólagos primitívsége ellenére ez a modell elbűvöli „valóságával”. Minden jelenség a szemünk előtt játszódik le, kézzelfogható – és mégis valamiben hasonlít a valódi elemi részecskeütköztetőben zajló folyamatokhoz.

Ha valaki saját maga szeretne hasonló modellt készíteni, íme néhány megjegyzés és tipp.

1) A legnehezebb a cső elkészítése. Egy plexi csöveket hajlító cégtől rendeltük. A fő nehézség az, hogy a belső felület sima és egyenletes legyen, ráncok nélkül. A cső sugara és a görbületi sugár közötti arány mellett ez nem olyan egyszerű, hogy a cég első próbálkozásra nem tette meg. Példaként feladom egy cső rajzát azokkal a paraméterekkel, amiket a cégtől kértem. Természetesen másból is lehet pipát készíteni, csak arra kell ügyelni, hogy az anyag elég kemény legyen - különben nem fog sokáig gurulni a labda (a mi modellünkön 3-4 fordulatot tesz, ez elég bemutatóra).

2) Az ütközés helyének közelében a csőnek a lehető leglaposabbnak kell lennie, hogy a részecskék oldalra repülhessenek ki, anélkül, hogy pattognának. Ezért a középső szakaszunk fémbetét formájában készül, amely először követi a cső görbületét, és a középpont felé egyenesedik. Mivel lehetetlen előre kiszámítani az összes paramétert, a szakasz konfigurálásához cselekvési szabadságot kell adnia magának. Ezenkívül biztosítani kell, hogy a cső és a betét találkozásánál ne legyen lépcső.

3) Ismét nehéz előre kiszámítani, hogy milyen szögben és milyen sebességgel repüljenek a golyók a csőbe, hogy jó pályára kerüljenek, és ne repüljenek ki a középső szakaszon. Itt is meg kell adni magának a mozgásszabadságot, magasságban és szögben egyaránt. Ehhez tépőzárat használtunk az ereszcsatornák végein, a tartójukon és a csőablakokon.