Hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas: Pradėti. Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas kodėl? Kur yra?

Akceleratoriaus sukūrimo istorija, kurią šiandien žinome kaip didžiulę lietaus adapterį, prasideda dar 2007 m. Iš pradžių greitintuvų chronologija prasidėjo ciklotronu. Įrenginys buvo nedidelis prietaisas, lengvai tinka ant stalo. Tada greitintuvų istorija pradėjo sparčiai vystytis. Atsirado sinchrofasotronas ir sinchrotonas.

Istorijoje galbūt labiausiai linksmas buvo laikotarpis nuo 1956 iki 1957 m. Tomis dienomis sovietų mokslas, ypač fizika, atsiliko nuo užsienio brolių. Per daugelį metų sukauptos patirties dėka sovietų fizikas pavadino Vladimirą Vekslerį mokslo laimėjimu. Jie sukūrė galingiausią tiems laikams sinchronofosotroną. Jo darbo jėga buvo 10 gigaelectronvolt (10 milijardų elektronų voltų). Po šio atradimo buvo sukurti rimti greitintuvų pavyzdžiai: didelis elektronų-positronų koladeris, šveicariškas greitintuvas, Vokietijoje, JAV. Visi jie turėjo vieną bendrą tikslą - pagrindinių kvarko dalelių tyrimą.

Didysis hadronų kovotojas buvo sukurtas visų pirma dėl Italijos fiziko pastangų. Jo vardas yra Carlo Rubbia, Nobelio premijos laureatas. Savo darbe Rubbia dirbo direktoriumi Europos branduolinių tyrimų organizacijoje. Buvo nuspręsta statyti ir paleisti "hadono" kolindžerį būtent tyrimų centro vietoje.

Kur yra "Hadrono" kolektorius?

Collider yra ant sienos tarp Šveicarijos ir Prancūzijos. Jo perimetro ilgis yra 27 kilometrai, todėl jis vadinamas didelis. Akceleratoriaus žiedas tęsiasi gylyje nuo 50 iki 175 metrų. Collider turi 1232 magnetus. Jie yra superlaidūs, todėl iš jų galima sukurti maksimalų sklaidos lauką, nes tokių magnetų energijos sąnaudos praktiškai nėra. Bendras kiekvieno magneto svoris yra 3,5 t 14,3 metrų ilgio.

Kaip ir bet kuris fizinis objektas, didelis hadronic collider generuoja šilumą. Todėl jis turi būti nuolat aušinamas. Dėl to 1,7 K temperatūra palaikoma 12 milijonų litrų skysto azoto. Be to, aušinimui naudojamas skystas helis (700 000 litrų), o svarbiausia, naudojamas slėgis, kuris yra dešimt kartų mažesnis nei įprastas atmosferos slėgis.

1.7 K temperatūra pagal Celsijų skalę yra -271 laipsnių. Ši temperatūra yra beveik arti absoliutaus nulio. Absoliutus nulis yra minimali galimo fizinio kūno riba.

Vidutinė tunelio dalis yra ne mažiau įdomi. Yra niobio ir titano kabeliai su superlaidžiu pajėgumu. Jų ilgis yra 7600 kilometrų. Bendras kabelių svoris yra 1200 tonų. Kabelio interjeras yra 6300 laidų, kurių bendras atstumas yra 1,5 milijardo kilometrų, plastika. Šis ilgis yra 10 astronominių vienetų. Pvz., Atstumas nuo žemės iki saulės yra lygus 10 tokių vienetų.

Jei kalbėsime apie jo geografinę padėtį, galime pasakyti, kad koliažiedžių žiedai yra tarp Saint-Genie ir Forney-Voltaire miestų, esančių Prancūzijos pusėje, taip pat Meirin ir Vessurat - Šveicarijos pusėje. Mažas žiedas, vadinamas PS, palei sieną išilgai skersmens.

Buvimo prasmė

Norint atsakyti į klausimą "kas yra kadrono koladineris", reikėtų kreiptis į mokslininkus. Daugelis mokslininkų teigia, kad tai yra didžiausias išradimas per visą mokslo egzistavimo laikotarpį ir kad be jos šiandien žinomas mokslas paprasčiausiai neturi prasmės. Įdomus yra didelio адронного коллайдера egzistavimas ir paleidimas, nes sprogimas atsiranda susidarius dalelių адронного коллайдера. Visos mažiausios dalelės skleisti įvairiomis kryptimis. Sudarytos naujos dalelės, kurios gali paaiškinti daugelio dalykų egzistavimą ir prasmę.

Pirmasis dalykas, kurį mokslininkai bandė rasti šiuose skaldytuose dalelėse, buvo teoriškai nuspėjamas fizikas Petras Higgasas elementarioji dalelė, vadinama Higso Bosonu. Ši nuostabi dalelė yra informacijos laikytojas, kaip manoma. Tai taip pat vadinama "Dievo dalelė". Atidarymas atneš mokslininkams arčiau supratimo apie visatą. Reikėtų pažymėti, kad 2012 m. Liepos 4 d. Šalutinis adrinas (jo išleidimas buvo iš dalies sėkmingas) padėjo nustatyti panašią dalelę. Iki šiol mokslininkai bando tai išsamiau išnagrinėti.

Kiek laiko ...

Žinoma, iš karto kyla klausimas ir kodėl mokslininkai ilgą laiką tyrinėja šias daleles. Jei yra priemonė, galite ją paleisti ir kiekvieną kartą fotografuoti vis daugiau duomenų. Faktas yra tai, kad darbas адронного коллайдера yra brangus malonumas. Vienas skrydis kainuoja daug. Pavyzdžiui, metinis energijos suvartojimas yra 800 mln. KWh / h. Šią energiją sunaudoja miestas, kuriame gyvena apie 100 tūkstančių žmonių, pagal vidutinius standartus. Ir tai nesusiję su priežiūros išlaidomis. Kita priežastis yra tai, kad sprogimas адрон-коллайдера, kuris atsiranda, kai susiduria protonai, yra susijęs su didelės apimties duomenų gavimas: kompiuteriai skaito tiek daug informacijos, kad apdorojimas užima daug laiko. Nors kompiuterių, gaunančių informaciją, galia puikiai tinka net ir šiandieniniams standartams.

Kita priežastis yra ne mažiau žinoma tamsioji materija. Mokslininkai, dirbantys su koliažeriu šia kryptimi, yra tikri, kad matomas viso pasaulio visuma yra tik 4%. Manoma, kad likusieji yra tamsi materija ir tamsioji energija. Eksperimentiniu būdu jie bando įrodyti, kad ši teorija yra teisinga.

"Hadron Collider": už arba prieš

Išplėstinė tamsiosios matematikos teorija kelia abejonių dėl hadronic collider buvimo saugumo. Buvo klausimas: "Hadrono kolereris: už ar prieš?" Jis sužavėjo daugelį mokslininkų. Visi didieji pasaulio protai yra suskirstyti į dvi kategorijas. "Oponentai" pateikė įdomią teoriją, kad jei toks dalykas egzistuoja, tai turi turėti priešingą dalelę. Dalies susidūrime akceleratoriuje susidaro tamsi dalis. Buvo pavojus, kad tamsi dalis ir dalis, kurią mes matome, susidurs. Tada tai gali sukelti visos visatos mirtį. Tačiau po pirmojo "hadrono" kovotuvo paleidimo ši teorija buvo iš dalies suskaidyta.

Toliau svarbu yra visatos, o būtent, gimimo sprogimas. Manoma, kad susidūrimo metu galima pastebėti, kaip visata elgėsi pirmosiomis egzistencijos sekundėmis. Kaip ji rūpinosi Didžiojo sprogimo kilme. Manoma, kad dalelių susidūrimo procesas yra labai panašus į tą, kuris buvo visatos pradžios pradžioje.

Vis dėlto ne mažiau fantastiška idėja, kurią mokslininkai tikrina - tai egzotiniai modeliai. Tai atrodo neįtikėtinas, tačiau egzistuoja teorija, kuri rodo, kad yra kitų aspektų ir visatų su tokiais žmonėmis kaip mes. Ir keista, greitintuvas taip pat gali padėti.

Paprasčiau tariant, greitintuvo egzistavimo tikslas yra suprasti, kas yra visata, kaip ji buvo sukurta, įrodyti ar paneigti visas esamas teorijas apie daleles ir susijusius reiškinius. Žinoma, tai užtruks daugelį metų, tačiau kiekvieną kartą paleidžiant yra naujų atradimų, kurie paneigia mokslo pasaulį.

Faktai apie greitintuvą

Visi žino, kad akceleratorius pagreitina daleles iki 99% šviesos greičio, bet ne visi žino, kad procentas yra 99.9999991% šviesos greičio. Šis nuostabus paveikslėlis yra prasmingas dėl idealaus dizaino ir galingo pagreičio magnetų. Taip pat reikia pažymėti keletą mažiau žinomų faktų.

Skaičiai, gauti dalelių susidūrimo metu ir greitėjimo metu

Protonų skaičius grupėje	Iki 100 mlrd. (1011)
Kekių skaičius	Iki 2808
Protonų sijų skaičius, praeinantis detektoriaus srityje	Iki 31 milijono per sekundę 4 zonose
Dalelių susidūrimų skaičius sankryžoje	Iki 20
Duomenų kiekis už susidūrimą	Apie 1,5 MB
Higso dalelių kiekiai	1 dalelė kas 2,5 sekundes (esant visiško spindulio intensyvumui ir pagal tam tikras prielaidas apie Higso dalelių savybes)

Maždaug 100 milijonų srautų su duomenimis, gaunamais iš kiekvieno iš dviejų pagrindinių detektorių, per sekundes gali užpildyti daugiau nei 100 000 kompaktinių plokštelių. Tik per vieną mėnesį diskų skaičius pasiekė tokį aukštį, kad, jei jie būtų sukrauti, būtų buvę pakankamai mėnulio. Todėl buvo nuspręsta ne surinkti visus duomenis iš detektorių, bet tik tuos, kurie leidžia mums naudoti duomenų rinkimo sistemą, kuri iš tikrųjų veikia kaip duomenų filtras. Buvo nuspręsta įrašyti tik 100 įvykių, įvykusių sprogimo metu. Šie įvykiai bus užregistruoti Didžiojo Hadrono kolektoriaus, kuris yra Europos dalelių fizikos laboratorijoje, kompiuterių centro archyvuose, kuris tuo pačiu metu yra greitintuvo vieta. Bus įrašyti ne tie įvykiai, kurie buvo užfiksuoti, bet tie, kurie labiausiai domina mokslo bendruomenę.

Pašto perdirbimas

Po įrašymo bus apdorojami šimtai kilobaitų duomenų. Norėdami tai padaryti, CERN yra daugiau kaip du tūkstančiai kompiuterių. Šių kompiuterių uždavinys yra pirminių duomenų apdorojimas ir duomenų bazės formavimas, kuris bus patogus tolesnei analizei. Be to, sukurtas duomenų srautas bus siunčiamas GRID tinklui . Šis interneto tinklas jungia tūkstančius kompiuterių, esančių skirtingose institucijose visame pasaulyje, jungiantis daugiau nei šimtus didelių centrų, esančių trijose žemynuose. Visi tokie centrai yra prijungti prie CERN naudojant skaidulą - maksimaliai duomenų perdavimo spartai.

Kalbant apie faktus, būtina paminėti ir fizinius struktūros rodiklius. Akceleratoriaus tunelis yra 1,4% horizontalios plokštumos nuokrypio. Tai daroma pirmiausia siekiant, kad dauguma akceleratoriaus tunelio būtų monolitinėse uolose. Taigi, išdėstymo gylis priešingose pusėse yra kitoks. Jei skaičiuojamas nuo ežero, esančio netoli Ženevos, pusės, gylis bus 50 metrų. Priešinga dalis yra 175 metrų gylyje.

Įdomu tai, kad mėnulio fazės veikia akceleratorių. Atrodytų, kad toks tolimas objektas gali veikti tokiu atstumu. Tačiau pastebėta, kad visą mėnesį, kai yra banga, Ženevos teritorijoje esanti žemė pakyla iki 25 centimetrų. Tai daro įtaką koliažerio ilgiui. Todėl ilgis padidėja 1 milimetru, o sijų energija pasikeičia 0,02%. Kadangi sijų energijos kontrolė turi išlaikyti iki 0,002%, mokslininkai privalo atsižvelgti į šį reiškinį.

Taip pat įdomu, kad koladininio tunelio formos yra aštuonkampis, o ne apskritimas, kaip daugelis įsivaizduoja. Kampai suformuojami dėl trumpų sekcijų. Juose yra įdiegti detektoriai, taip pat sistema, kuri kontroliuoja spartesnių dalelių spindulį.

Struktūra

"Hadron Collider", kurio paleidimas yra susijęs su daugelio duomenų naudojimu ir mokslininkų jauduliu, yra nuostabus įrenginys. Visą greitintuvą sudaro du žiedai. Mažas žiedas vadinamas Proton sinchrotronu arba, jei vartojate santrumpas - PS. Didelis žiedas yra protonų supersynchrotronas arba SPS. Kartu du žiedai leidžia pagreitinti dalių greitį iki 99,9% šviesos greičio. Tokiu atveju koladeris taip pat padidina protonų energiją, 16 kartų padidindamas jų bendrą energiją. Ji taip pat leidžia dalelėms susidurti viena su kita apie 30 milijonų kartų per sekundę. Per 10 valandų. Gauta iš 4 pagrindinių detektorių, ne daugiau kaip 100 terabaitų skaitmeninių duomenų per sekundę. Duomenų įsigijimas yra susijęs su tam tikrais veiksniais. Pavyzdžiui, jie gali aptikti elementines daleles, kurios turi neigiamą elektrinį krūvį, taip pat turi pusę nugaros. Kadangi šios dalelės yra nestabilios, jų tiesioginis aptikimas neįmanomas, galima aptikti tik jų energiją, kuri skris į tam tikrą kampą iki pluošto ašies. Šis etapas vadinamas pirmuoju paleidimo lygiu. Šiame etape stebima daugiau nei 100 specialiųjų duomenų apdorojimo plokščių, kuriose yra sukurtos loginio įgyvendinimo schemos. Ši darbo dalis yra būdinga tuo, kad duomenų kaupimo laikotarpiu imami daugiau kaip 100 000 blokų su duomenimis per sekundę. Tada šie duomenys bus naudojami analizei, kuri vyksta naudojant aukštesnio lygio mechanizmą.

Kitame lygmenyje sistemos, atvirkščiai, gauna informaciją iš visų detektorių srautų. Detektoriaus programinė įranga veikia tinkle. Čia bus naudojamas daugybė kompiuterių, kad apdorotų tolesnius duomenų blokus, vidutinis laikas tarp blokų yra 10 mikrosekundžių. Programos turės sukurti dalelių žymes, atitinkančias pradinius taškus. Kaip rezultatas, mes gausime duomenų rinkinį, susidedantį iš impulso, energijos, trajektorijos ir kitų, kurie įvyko vienu metu.

Akseleratoriaus dalys

Visą greitintuvą galima suskirstyti į 5 pagrindines dalis:

1) elektronų-positrono koliažero greitintuvas. Detaliau sudaro apie 7 tūkst. Magnetų su superlaidžiosiomis savybėmis. Su jų pagalba sija nukreipta palei žiedo tunelį. Jie taip pat sutelkia siją į vieną srovę, kurios plotis sumažėja iki vieno plauko pločio.

2) Kompaktinis miuono solenoidas. Tai detektorius, skirtas bendram naudojimui. Tokiame detektoriuje ieškoma naujų reiškinių ir, pavyzdžiui, ieškoma Higso dalelių.

3) detektorius LHCb. Šio prietaiso svarba yra kvarkų ir prekeivių, priešų jų ieškojimas.

4) Toroidinis montavimas ATLAS. Šis detektorius skirtas mūglių tvirtinimui.

5) Alice. Šis detektorius užfiksuoja susidūrimus su švino jonais ir protonų-protonų susidūrimais.

Problemos paleidžiant hadroninį koliažerį

Nepaisant to, kad aukštųjų technologijų buvimas pašalina klaidų tikimybę, praktiškai viskas yra kitokia. Akseleratoriaus surinkimo metu įvyko vėlavimų, taip pat gedimų. Turiu pasakyti, kad tokia situacija nebuvo netikėta. Įrenginyje yra tiek daug niuansų ir reikalauja tokio tikslumo, kad mokslininkai tikėtis tokių rezultatų. Pavyzdžiui, viena iš problemų, su kuria susidūrė mokslininkai paleidimo metu, buvo magnetinio gedimo, kuriame protonai buvo sutelkti prieš pat susidūrimą, nesėkme. Ši rimta avarija buvo sunaikinta dalis tvirtinimo, nes magnetas prarado superlaidumą.

Ši problema kilo 2007 m. Dėl jos koliažerio paleidimo buvo atidėtas keletą kartų, o birželio mėn. Prasidėjo tik beveik metai, kol kolareris vis dar prasidėjo.

Paskutinis koliažerio paleidimas buvo sėkmingas, surinkta daug terabaitų duomenų.

"Hadron Collider", pradėtas 2015 m. Balandžio 5 d., Sėkmingai veikia. Per mėnesį spinduliai eina kartu su žiedu, palaipsniui didinant galią. Tyrimų tikslai nėra tokie. Sraigtų susidūrimo energija bus padidinta. Vertė bus padidinta nuo 7 TeV iki 13 TeV. Toks padidėjimas leis mums matyti naujas dalelių susidūrimo galimybes.

2013 ir 2014 m. rimtų techninių patikrinimai tuneliai, greitintuvai, detektoriai ir kita įranga. Rezultatas buvo 18 dvipolių magnetai yra superlaidžia funkciją. Reikėtų pažymėti, kad iš viso jų yra 1232 vienetų. Tačiau likę magnetai ne dingo nepastebėti. Priešingu atveju mes pakeisti apsaugos sistemą nuo atvėsimo, įdėti pagerėjo. Taip pat pagerino aušinimo sistemą magnetų. Tai leidžia jiems išlikti esant žemai temperatūrai, su didžiausia galia.

Jei viskas vyks gerai, kitą paleidimas akceleratoriaus vyks tik po trejų metų. Per šį laikotarpį planuojama suplanuotas darbas pagerinti, techninę ekspertizę, kad Collider.

Reikėtų pažymėti, kad remontas kainuoja nė cento, neatsižvelgiant į išlaidas. Hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas, kaip 2010 turi vertę, lygią 7,5 mlrd. Eurų. Šis skaičius rodo visą projektą į pirmąją vietą iš brangiausių projektų mokslo istorijoje sąrašą.

Paskutinės naujienos

Hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas, kurio paleidimas įvyko po pertraukos, buvo sėkmingas. Įdomios duomenys buvo renkami. Pavyzdžiui, buvo pristatytas įrodymų, kad šiuolaikinės idėjos teisingų dalelių. Tai tapo įmanoma dėka tinkamo veikimo CMS ir LHCb detektoriai. Tai detektoriai ėduonis LST sugauti dviejų Mezonas, kuris yra tiesioginis įrodymas ištikimybės šiuolaikinių teorijų.

Verta užduoti klausimą, kaip yra šios teorijos įrodymas. Vienas iš būdų - tai naujų dalelių surinkimo. Tai yra, jei susidūrimas bus naujų elementarios dalelės, o tai reiškia, kad šiuolaikinė teorija turėtų būti peržiūrėtas.

Mokslininkai atkreipė dėmesį į dalelių, nes tai gali rodyti, ar bent jau atidaryti Supersimetrija kryptimi duris. Tai gera pradžia tolimesnei tyrimo ir dirbti mokslinio tyrimo centras Ženevoje.

Kas toliau?

Po nutiks kitą modernizavimą Collider bus pavesta toliau studijuoti dalelių. Visų pirma, tai bus būtina daugiau sužinoti apie Higso bozonas. Nepaisant to, kad šis atradimas buvo apdovanotas Nobelio premija, ne visi jos savybių visiškai suprantama ir įrodytas. Todėl mokslininkai turi ilgą ir sunkų darbą dėl šios nuostabios dalelių tyrimas.

Be to, turite ir toliau dirbti įrodyti arba paneigti Supersimetrija teoriją. Nors atrodo šiek tiek fantastinis, bet jis turi teisę egzistuoti. Nemanykite, kad visas dėmesys skiriamas tik pirmą kartą išduodant svarbus kiekvienas projektas turi savo mokslininkų komanda, kurie dirba šioje srityje.

Žinoma, tai ne visas užduotis, kurias reikia spręsti, kad mokslininkai. Su kiekvienu nauju terabaito informacijos gavo klausimus nuolat papildyti sąrašą, ir jų atsakymai gali būti pažvelgė per metus.