Kuidas suur hadroni põrkekeha töötab?

LHC

Enamik inimesi teab, et suur hadroni põrkekeha on aatomi purustaja - suur. See ulatub Prantsusmaa-Šveitsi piirist ja selle ehitamine oli nii kulukas, et selle elluviimiseks tuli üle kümne valitsus- ja valitsusvälise asutuse kiibistada. Kogu asja haldavad tuhanded teadlased sadadest riikidest, koordineerib Euroopa tuumauuringute agentuur CERN. Peamised detektorid on tohutult suured ja nende teenindamiseks on vaja käiguteid ja mehaanilisi kirsikorjajaid. Selgelt öeldes on see väga suur silmus - kuid saame sellest üksikasjalikumalt.



Tegelikkuses on LHC tegelikult mitu väga suurt silmust, mis kõik on paigutatud järjest suurema jõu ahelasse. Selgub, et osakese, nagu prooton, kiirendamine nõuab teistsugust riistvara - magnetid, mis suudavad osakest 99% -lt valguskiirusest kuni 99,9999% -ni valguse kiiruseni tõsta, ei ole tegelikult samad magnetid, mis võivad kalduda sama osake alates 1% valguskiirusest kuni 15%. Sellisena toidab LHC-d keeruline osakeste kiirendite kogum, mis töötab järjestikku, et saavutada osakeste lõplik energia 7 tera-elektronvolti (TeV) või rohkem.

See kaart, nagu enamik LHC-d, näitab ainult LHC-põhisilmu ja Super Proton Synchrotron-i.

See kaart, nagu enamik LHC-d, näitab ainult LHC-põhisilmu ja Super Proton Synchrotron-i.



Esimene on lineaarse osakeste kiirendi (LINAC 2), mis toodab üsna nõrka 50 megaelektronvoldit (MeV) ja edastab eksperimentaalsed prootonid ahela esimesele kontuuriga kiirendile, Proton Synchrotron Boosterile (Pb). Pb silmus kiirendab osakesi kiiresti kuni umbes 2 gigaelektronvoldini (GeV) ja edastab need täisprootoni sünkrotroonile, mis jätkab protsessi kuni umbes 28 GeV. Siit liigub prootonite sünkrotroon Superile Prootoni sünkrotroon, mis suudab saavutada energiat 400 GeV või rohkem. Füüsikud on tegelikult teinud ettepaneku uuendada SPS uueks versiooniks Super -SPS (jah, see on kaks supersit järjest), nii et prootonid võivad jõuda täieliku TeV-ni enne, kui need edastatakse LHC enda põhisilmusse.

LINAC on kõige kiirem ja isegi see

LINAC on kõige kiirem ja kõige parem metsaline.

Need osakesed liiguvad valguskiirusel väga lähedal, enne kui nad ise LHC-sse satuvad - kuid prootonite kiirendamine, need viimased paar protsenti, osutuvad tänapäevaste füüsikaliste katsete jaoks ülioluliseks. Prootonite lõhkamine kvarkidesse on üks asi - kuid LHC soovib luua mõjusid, mis on nii vägivaldsed, et tegelikult deformeerib löögipunkti ümbritsevat ruumi kangast, andes lõpmatult lühikese akna tõeliselt kvantmaailma. See ei tule lihtsalt - ega odav.



Pange tähele, et LHC ring pole iseenesest eksperiment, vaid tööriist, mida kasutatakse katsete tegemiseks teatud ressursiga: ülelaetud osakestega. Kuidas neid ülelaetud osakesi täpselt kasutada tuleks, dikteerib praegune katsed, mis on paigaldatud ringi erinevatesse punktidesse ja millel on erinevad eesmärgid. Kokku on seitse katset, kuid neli pööravad ülekaalukalt kõige rohkem tähelepanu: ATLAS, ALICE, CMS ja LHCb.

ATLAS on ilmselt LHC eksperimentidest kõige kuulsam - siin kogus CERN enamiku andmetest, mis lõpuks kinnitasid Higgsi bosoni olemasolu. See tähistab A toroidal LHC ApparatuS (natuke venitatud selle viimase S jaoks ...) ja see on läbimõõduga üle 80 jala! ATLAS oli mõeldud üldotstarbeliseks detektoriks kuni 40 miljoni kiiri ületava sündmuse jaoks sekundis ning see kogub nende sündmuste kohta võimalikult palju andmeid.

ATLAS vs CMS

ATLAS vs CMS

CMS ehk Compact Muon Solenoid on katse saavutada sama asi nagu ATLAS, kuid erinevate vahenditega. Ka CMS on üldotstarbeline detektor, kuid on magnetiliselt kontsentreeritum, tekitades nelja Teslase juures välja ATLAS-i kahe välja. See on mõeldud vaatama umbes samu nähtusi nagu ATLAS, kuid teeb teekonnal veidi erinevaid kompromisse. CMS aitas kaasa ka Higgsi bosoni leidmisele, kuid ei mängi meedias peaaegu nii palju mängu.



ALICE on seevastu spetsialiseerunud. Selle suure ioonkollideri eksperimendiks kutsutud uuringutes ei seatud osakeste kiirust esikohale, vaid hoogu, mis on spetsialiseerunud selliste raskete tuumade nagu plii purustamine 2–3 TeV mõjude mõõtmisele. See loob hävitava energia taseme, mis võib suruda aatomid kvark-gluon-plasma moodustamisse, kus nad saavad vabalt liikuda ja tegutseda ning loodetavasti nendes olekutes täheldada. See tähendab, et ALICE on loodud kontseptsiooni nimega Quantum Chromo-Dynamics (QCD) vaatamiseks ja see on selle valdkonna teaduslikku arusaama parandanud alates selle tegevuse alustamisest 2010. aastal.

ATLAS on LHC eksperimentidest kindlasti visuaalselt kõige imposantsem.

ATLAS on LHC eksperimentidest kindlasti visuaalselt kõige imposantsem.

Siis on veel suur hadroni põrkumise ilu (LHCb), mis oli hiljuti uudistes selle kohta, et ta on kinnitanud omaette osakest: pentaquark . LHCb on mõeldud aine eksootilise käitumise ja eelkõige aine-antiaine asümmeetria olemuse uurimiseks universumis - küsimus, miks üldse on säilinud ainet. Teooria ütleb, et universumi alguses oleks Suur Paugu pidanud looma võrdse koguse ainet ja anti-ainet. Need kaks materjali hävivad koosmõjul, kuidas saaks universum jõuda selleni, kus on nii palju ainet ja vähe antiainet? LHCb on loodud selle välja selgitamiseks.

Mõtted osakesteteaduse järgmise suure sammu osas jäävad LHC-le tõenäoliselt veel mõnda aega; Selle asemel, et korraldada täiesti uus ehitusprojekt, tegelevad teadlased rohkem LHC kiirendusahela suurendamisega. Gaasipedaal avati hiljuti pärast pikka uuenduste rida uuesti. Pole võimalik öelda, mitu korda on võimalik füüsikat sel viisil edasi lükata, enne kui järgmine suur teaduslik ehitusprojekt peab uuesti algama, nullist.



Nüüd loe: Mis on Higgs Boson ja miks see nii oluline on?

Põhjalikuma ülevaate saamiseks vaadake meie sarja 2007es.com Explains.

Copyright © Kõik Õigused Kaitstud | 2007es.com