De geschiedenis van de creatie van de versneller, die we tegenwoordig kennen als de Large Hadron Collider, gaat terug tot 2007. Aanvankelijk begon de chronologie van versnellers met de cyclotron. Het apparaat was een klein apparaat dat gemakkelijk op tafel paste. Toen begon de geschiedenis van versnellers zich snel te ontwikkelen. De synchrophasotron en synchrotron verschenen.
Misschien wel de meest interessante periode in de geschiedenis was de periode van 1956 tot 1957. In die tijd bleef de Sovjetwetenschap, en in het bijzonder de natuurkunde, niet achter bij haar buitenlandse broeders. Dankzij jarenlange ervaring heeft een Sovjet-natuurkundige, Vladimir Veksler, een doorbraak in de wetenschap bereikt. Hij creëerde destijds de krachtigste synchrofasotron. Het bedrijfsvermogen bedroeg 10 giga-elektronvolt (10 miljard elektronvolt). Na deze ontdekking werden serieuze monsters van versnellers gemaakt: de grote elektronen-positron-botser, de Zwitserse versneller, in Duitsland, de VS. Ze hadden allemaal één gemeenschappelijk doel: de studie van de fundamentele deeltjes van quarks.
De Large Hadron Collider is voornamelijk ontstaan dankzij de inspanningen van een Italiaanse natuurkundige. Zijn naam is Carlo Rubbia, Nobelprijswinnaar. Tijdens zijn carrière werkte Rubbia als directeur bij de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek. Er werd besloten om op de locatie van het onderzoekscentrum een hadron-botser te bouwen en te lanceren.
Waar is de hadron-botser?
De botser bevindt zich op de grens tussen Zwitserland en Frankrijk. De omtrek is 27 kilometer, daarom wordt hij groot genoemd. De acceleratiering gaat diep van 50 tot 175 meter. De botser heeft 1232 magneten. Ze zijn supergeleidend, wat betekent dat ze kunnen worden gebruikt om te maken maximaal veld voor versnelling, omdat er vrijwel geen energieverbruik is in dergelijke magneten. Het totale gewicht van elke magneet is 3,5 ton met een lengte van 14,3 meter.
Zoals elk fysiek object genereert de Large Hadron Collider warmte. Daarom moet het constant worden gekoeld. Om dit te bereiken wordt de temperatuur met 12 miljoen liter vloeibare stikstof op 1,7 K gehouden. Bovendien wordt 700 duizend liter gebruikt voor koeling, en het allerbelangrijkste: er wordt een druk gebruikt die tien keer lager is dan de normale atmosferische druk.
Een temperatuur van 1,7 K op de schaal van Celsius is -271 graden. Deze temperatuur ligt bijna dicht bij wat de minimaal mogelijke limiet wordt genoemd die een fysiek lichaam kan hebben.
De binnenkant van de tunnel is niet minder interessant. Er zijn niobium-titaniumkabels met supergeleidende eigenschappen. Hun lengte is 7600 kilometer. Het totale gewicht van de kabels bedraagt 1200 ton. De binnenkant van de kabel is een vlechtwerk van 6.300 draden met een totale afstand van 1,5 miljard kilometer. Deze lengte is gelijk aan 10 astronomische eenheden. Is bijvoorbeeld gelijk aan 10 van dergelijke eenheden.
Als we het hebben over de geografische locatie, kunnen we zeggen dat de ringen van de botsing tussen de steden Saint-Genis en Forney-Voltaire liggen, gelegen aan de Franse kant, en tussen Meyrin en Vessourat, aan de Zwitserse kant. Een kleine ring genaamd PS loopt langs de diameter van de rand.
De zin van het bestaan
Om de vraag te beantwoorden "waarvoor is een hadronenbotser bedoeld", moet je je tot wetenschappers wenden. Veel wetenschappers zeggen dat dit de grootste uitvinding in de hele geschiedenis van de wetenschap is, en dat zonder deze uitvinding de wetenschap zoals we die nu kennen eenvoudigweg geen betekenis heeft. Het bestaan en de lancering van de Large Hadron Collider is interessant omdat wanneer deeltjes in de hadronbotser botsen er een explosie plaatsvindt. Alle kleinste deeltjes verspreiden zich in verschillende richtingen. Er worden nieuwe deeltjes gevormd die het bestaan en de betekenis van veel dingen kunnen verklaren.
Het eerste dat wetenschappers probeerden te vinden in deze neergestorte deeltjes was een theoretisch voorspeld elementair deeltje van natuurkundige Peter Higgs, genaamd This Amazing Particle is a carrier of information, zo wordt aangenomen. Het wordt ook gewoonlijk het ‘deeltje van God’ genoemd. De ontdekking ervan zou wetenschappers dichter bij het begrip van het universum brengen. Opgemerkt moet worden dat in 2012, op 4 juli, de Hadron Collider (de lancering ervan was gedeeltelijk succesvol) hielp bij het ontdekken van een soortgelijk deeltje. Tegenwoordig proberen wetenschappers het in meer detail te bestuderen.
Hoe lang...
Natuurlijk rijst meteen de vraag: waarom bestuderen wetenschappers deze deeltjes al zo lang? Als u een apparaat heeft, kunt u het gebruiken en elke keer meer en meer gegevens opnemen. Feit is dat het exploiteren van een hadronenbotser een dure aangelegenheid is. Eén lancering kost veel geld. Het jaarlijkse energieverbruik bedraagt bijvoorbeeld 800 miljoen kWh. Deze hoeveelheid energie wordt verbruikt door een stad met gemiddeld ongeveer 100.000 inwoners. En daar zijn de onderhoudskosten niet bij inbegrepen. Een andere reden is dat bij de hadronbotser de explosie die optreedt wanneer protonen botsen, verband houdt met de productie van groot volume data: computers lezen zoveel informatie dat nodig is groot aantal tijd. Ook al is de kracht van computers die informatie ontvangen zelfs naar huidige maatstaven groot.
De volgende reden is niet minder bekend. Wetenschappers die in deze richting met de botsing werken, zijn ervan overtuigd dat het zichtbare spectrum van het hele universum slechts 4% bedraagt. Er wordt aangenomen dat de resterende donkere materie en donkere energie zijn. Ze proberen experimenteel te bewijzen dat deze theorie juist is.
Hadron Collider: voor of tegen
De naar voren gebrachte theorie van donkere materie heeft twijfel doen rijzen over de veiligheid van de hadronenbotser. De vraag rees: “Hadron-botser: voor of tegen?” Hij baarde veel wetenschappers zorgen. Alle grote geesten van de wereld zijn verdeeld in twee categorieën. ‘Tegenstanders’ brachten een interessante theorie naar voren dat als dergelijke materie bestaat, er een deeltje tegenover moet staan. En als deeltjes in de versneller botsen, ontstaat er een donker gedeelte. Het risico bestond dat het donkere deel en het deel dat we zien met elkaar zouden botsen. Dan zou dit kunnen leiden tot de dood van het hele universum. Na de eerste lancering van de Hadron Collider werd deze theorie echter gedeeltelijk verbrijzeld.
Vervolgens komt de explosie van het universum, of beter gezegd, de geboorte. Er wordt aangenomen dat het tijdens een botsing mogelijk is om te observeren hoe het universum zich in de eerste seconden van zijn bestaan gedroeg. De manier waarop zij voor de oorsprong zorgde grote knal. Er wordt aangenomen dat het proces van deeltjesbotsingen sterk lijkt op het proces dat plaatsvond aan het begin van het universum.
Een ander even fantastisch idee dat wetenschappers testen zijn exotische modellen. Het lijkt ongelooflijk, maar er is een theorie die suggereert dat er andere dimensies en universums zijn met mensen die op ons lijken. En vreemd genoeg kan het gaspedaal hier ook helpen.
Simpel gezegd is het doel van de versneller om te begrijpen wat het universum is, hoe het is ontstaan, en om alle bestaande theorieën over deeltjes en aanverwante verschijnselen te bewijzen of te weerleggen. Natuurlijk zal dit jaren duren, maar bij elke lancering komen er nieuwe ontdekkingen naar voren die een revolutie teweegbrengen in de wereld van de wetenschap.
Feiten over het gaspedaal
Iedereen weet dat een versneller deeltjes versnelt tot 99% van de lichtsnelheid, maar niet veel mensen weten dat dit percentage 99,9999991% van de lichtsnelheid is. Dit geweldige figuur is logisch dankzij het perfecte ontwerp en de krachtige versnellingsmagneten. Er zijn ook enkele minder bekende feiten om op te merken.
De ongeveer 100 miljoen datastromen die uit elk van de twee hoofddetectoren komen, zouden binnen enkele seconden meer dan 100.000 cd-roms kunnen vullen. In slechts één maand zou het aantal schijven zo hoog zijn dat ze, als ze op elkaar zouden worden gestapeld, voldoende zouden zijn om de maan te bereiken. Daarom werd besloten om niet alle gegevens te verzamelen die afkomstig zijn van de detectoren, maar alleen die gegevens die mogen worden gebruikt door het gegevensverzamelingssysteem, dat in feite fungeert als een filter voor de ontvangen gegevens. Er werd besloten om slechts 100 gebeurtenissen vast te leggen die plaatsvonden op het moment van de explosie. Deze gebeurtenissen zullen worden vastgelegd in het archief van het computercentrum van het Large Hadron Collider-systeem, dat zich bevindt in het Europese Laboratorium voor Deeltjesfysica, waar ook de versneller staat. Wat zal worden vastgelegd, zullen niet de gebeurtenissen zijn die zijn vastgelegd, maar de gebeurtenissen die van het grootste belang zijn voor de wetenschappelijke gemeenschap.
Nabewerking
Eenmaal geregistreerd, worden honderden kilobytes aan gegevens verwerkt. Voor dit doel worden ruim tweeduizend computers op CERN gebruikt. De taak van deze computers is om primaire gegevens te verwerken en daaruit een database te vormen die handig is voor verdere analyse. Vervolgens wordt de gegenereerde datastroom naar het GRID-computernetwerk gestuurd. Dit internetnetwerk verenigt duizenden computers die zich in verschillende instituten over de hele wereld bevinden en verbindt er meer dan honderd grote centra die zich op drie continenten bevinden. Al deze centra zijn met behulp van glasvezel verbonden met CERN voor maximale gegevensoverdrachtsnelheden.
Over feiten gesproken, we moeten ook vermelden fysieke indicatoren gebouwen. De versnellertunnel wijkt 1,4% af van het horizontale vlak. Dit gebeurde voornamelijk om te plaatsen de meeste versnellertunnel in monolithisch gesteente. De plaatsingsdiepte aan weerszijden is dus verschillend. Als we tellen vanaf de kant van het meer, dat vlakbij Genève ligt, dan is de diepte 50 meter. Het tegenoverliggende deel heeft een diepte van 175 meter.
Het interessante is dat maanfasen invloed hebben op het gaspedaal. Het lijkt erop hoe zo'n ver verwijderd object op zo'n afstand kan beïnvloeden. Er is echter waargenomen dat tijdens de volle maan, wanneer het tij optreedt, het land in de omgeving van Genève maar liefst 25 centimeter stijgt. Dit heeft invloed op de lengte van de botsing. De lengte neemt daardoor met 1 millimeter toe en de straalenergie verandert ook met 0,02%. Omdat de bundelenergie moet worden teruggebracht tot 0,002%, moeten onderzoekers rekening houden met dit fenomeen.
Het is ook interessant dat de botstunnel de vorm heeft van een achthoek, en niet van een cirkel, zoals velen denken. Hoeken worden gemaakt door korte secties. Ze bevatten geïnstalleerde detectoren, evenals een systeem dat de straal van versnellende deeltjes regelt.
Structuur
De Hadron Collider, waarvan de lancering veel onderdelen omvat en veel opwinding onder wetenschappers, is een geweldig apparaat. De gehele versneller bestaat uit twee ringen. De kleine ring wordt de Proton Synchrotron genoemd, of, om de afkortingen ervan te gebruiken, PS. De Grote Ring is het Super Proton Synchrotron, of SPS. Samen zorgen de twee ringen ervoor dat de onderdelen kunnen versnellen tot 99,9% van de lichtsnelheid. Tegelijkertijd verhoogt de botser ook de energie van protonen, waardoor hun totale energie 16 keer toeneemt. Het zorgt er ook voor dat deeltjes ongeveer 30 miljoen keer per seconde met elkaar kunnen botsen. binnen 10 uur. De 4 hoofddetectoren produceren minimaal 100 terabyte aan digitale data per seconde. Het verkrijgen van gegevens wordt bepaald door individuele factoren. Ze kunnen bijvoorbeeld elementaire deeltjes detecteren die een negatieve elektrische lading hebben en ook een halve spin hebben. Omdat deze deeltjes onstabiel zijn, is hun directe detectie onmogelijk; het is alleen mogelijk om hun energie te detecteren, die onder een bepaalde hoek ten opzichte van de straalas wordt uitgezonden. Deze fase wordt het eerste lanceerniveau genoemd. Deze fase wordt bewaakt door meer dan 100 speciale dataverwerkingsborden, die over ingebouwde implementatielogica beschikken. Dit deel van het werk wordt gekenmerkt door het feit dat tijdens de periode van data-acquisitie meer dan 100.000 datablokken per seconde worden geselecteerd. Deze gegevens zullen vervolgens worden gebruikt voor analyse, wat gebeurt met behulp van een mechanisme op een hoger niveau.
Systemen op het volgende niveau ontvangen daarentegen informatie van alle detectordraden. Software De detector werkt op het netwerk. Daar zal het een groot aantal computers gebruiken om opeenvolgende datablokken te verwerken, de gemiddelde tijd tussen blokken is 10 microseconden. Programma's zullen deeltjesmarkeringen moeten maken die overeenkomen met de oorspronkelijke punten. Het resultaat is een gegenereerde set gegevens bestaande uit impulsen, energie, trajecten en andere gegevens die tijdens één gebeurtenis zijn ontstaan.
Acceleratie onderdelen
De gehele versneller kan in 5 hoofdonderdelen worden verdeeld:
1) Elektronen-positron-botsversneller. Het onderdeel bestaat uit ongeveer 7.000 magneten met supergeleidende eigenschappen. Met hun hulp wordt de straal door een cirkelvormige tunnel geleid. Ze concentreren de straal ook in één stroom, waarvan de breedte wordt teruggebracht tot de breedte van één haar.
2) Compacte muon-solenoïde. Dit is een detector ontworpen voor algemeen doel. Zo’n detector wordt gebruikt om te zoeken naar nieuwe verschijnselen en bijvoorbeeld naar Higgsdeeltjes.
3) LHCb-detector. De betekenis van dit apparaat is het zoeken naar quarks en hun tegengestelde deeltjes: antiquarks.
4) Ringkerninstallatie ATLAS. Deze detector is ontworpen om muonen te detecteren.
5) Alice. Deze detector registreert loodionenbotsingen en proton-protonbotsingen.
Problemen bij het lanceren van de Hadron Collider
Ondanks het feit dat de aanwezigheid hoge technologie elimineert de mogelijkheid van fouten; in de praktijk is alles anders. Tijdens de montage van het gaspedaal deden zich vertragingen en storingen voor. Het moet gezegd worden dat deze situatie niet onverwacht was. Het apparaat bevat zoveel nuances en vereist zo’n precisie dat wetenschappers vergelijkbare resultaten verwachtten. Een van de problemen waarmee wetenschappers tijdens de lancering te maken kregen, was bijvoorbeeld het falen van de magneet die de protonenbundels focuste onmiddellijk vóór hun botsing. Dit ernstige ongeval werd veroorzaakt door het vernielen van een deel van de bevestiging als gevolg van het verlies van supergeleiding door de magneet.
Dit probleem deed zich voor in 2007. Hierdoor werd de lancering van de versneller verschillende keren uitgesteld en pas in juni vond de lancering plaats, bijna een jaar later;
De laatste lancering van de botsing was succesvol en er werden vele terabytes aan gegevens verzameld.
De Hadron Collider, die op 5 april 2015 werd gelanceerd, functioneert met succes. Gedurende een maand worden de balken rond de ring gedreven, waardoor hun kracht geleidelijk toeneemt. Er is geen doel voor het onderzoek als zodanig. De botsingsenergie van de bundel zal worden vergroot. De waarde wordt verhoogd van 7 TeV naar 13 TeV. Een dergelijke toename zal ons in staat stellen nieuwe mogelijkheden te zien in deeltjesbotsingen.
In 2013 en 2014 Er vonden serieuze technische inspecties plaats van tunnels, versnellers, detectoren en andere apparatuur. Het resultaat was 18 bipolaire magneten met supergeleidende functie. Opgemerkt moet worden dat hun totale aantal 1232 stuks is. De overige magneten bleven echter niet onopgemerkt. In de rest zijn de koelbeveiligingssystemen vervangen en verbeterde geïnstalleerd. Ook het magnetische koelsysteem is verbeterd. Hierdoor kunnen ze blijven lage temperaturen met maximaal vermogen.
Als alles goed gaat, zal de volgende lancering van de accelerator pas over drie jaar plaatsvinden. Na deze periode zijn er geplande werkzaamheden gepland om de botser te verbeteren en technisch te inspecteren.
Opgemerkt moet worden dat reparaties een aardige cent kosten, zonder rekening te houden met de kosten. Aan de Hadron Collider hangt anno 2010 een prijskaartje van 7,5 miljard euro. Met dit cijfer staat het hele project op de eerste plaats op de lijst van de duurste projecten in de geschiedenis van de wetenschap.
100 meter onder de grond, op de grens van Frankrijk en Zwitserland, bevindt zich een apparaat dat de geheimen van het universum kan onthullen. Of, volgens sommigen, al het leven op aarde vernietigen.
Hoe dan ook, dit is de grootste machine ter wereld en wordt gebruikt om de kleinste deeltjes in het heelal te bestuderen. Dit is de Large Hadron (niet Android) Collider (LHC).
Korte beschrijving
De LHC maakt deel uit van een project onder leiding van de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN). De versneller maakt deel uit van het CERN-versnellercomplex buiten Genève in Zwitserland en wordt gebruikt om bundels van protonen en ionen te versnellen tot snelheden die de snelheid van het licht benaderen, waarbij deeltjes tegen elkaar worden geslagen en de resulterende gebeurtenissen worden vastgelegd. Wetenschappers hopen dat dit zal helpen om meer te leren over de oorsprong van het heelal en zijn samenstelling.
Wat is een botsing (LHC)? Het is de meest ambitieuze en krachtige deeltjesversneller die tot nu toe is gebouwd. Duizenden wetenschappers uit honderden landen werken samen en concurreren met elkaar op zoek naar nieuwe ontdekkingen. Om experimentele gegevens te verzamelen, zijn er 6 secties langs de omtrek van de botsing.
De ontdekkingen die ermee worden gedaan kunnen in de toekomst van pas komen, maar dat is niet de reden voor de bouw ervan. Het doel van de Large Hadron Collider is om onze kennis van het heelal uit te breiden. Gezien het feit dat de LHC miljarden dollars kost en de medewerking van veel landen vereist, ontbreekt het praktische toepassing kan onverwacht zijn.
Waar is de Hadron Collider voor?
In een poging ons heelal, zijn functioneren en de feitelijke structuur te begrijpen, hebben wetenschappers een theorie voorgesteld die het standaardmodel wordt genoemd. Het probeert de fundamentele deeltjes te identificeren en te verklaren die de wereld maken tot wat zij is. Het model combineert elementen van Einsteins relativiteitstheorie met de kwantumtheorie. Het houdt ook rekening met 3 van de 4 fundamentele krachten van het heelal: sterke en zwakke kernkrachten en elektromagnetisme. De theorie heeft geen betrekking op de vierde fundamentele kracht: de zwaartekracht.
Het Standaardmodel heeft verschillende voorspellingen gedaan over het universum die consistent zijn met verschillende experimenten. Maar er zijn nog andere aspecten die bevestiging vereisten. Eén daarvan is een theoretisch deeltje dat het Higgsdeeltje wordt genoemd.
Zijn ontdekking beantwoordt vragen over massa. Waarom heeft de materie het? Wetenschappers hebben deeltjes geïdentificeerd die geen massa hebben, zoals neutrino's. Waarom hebben sommige mensen het en anderen niet? Natuurkundigen hebben veel verklaringen gegeven.
De eenvoudigste daarvan is het Higgs-mechanisme. Deze theorie stelt dat er een deeltje en een overeenkomstige kracht bestaat die de aanwezigheid van massa verklaart. Het was nog nooit eerder waargenomen, dus de gebeurtenissen gecreëerd door de LHC zouden óf het bestaan van het Higgsdeeltje bewijzen óf nieuwe informatie opleveren.
Een andere vraag die wetenschappers stellen heeft betrekking op de oorsprong van het heelal. Toen waren materie en energie één. Na hun scheiding vernietigden de deeltjes materie en antimaterie elkaar. Als hun aantal gelijk zou zijn, zou er niets meer over zijn.
Maar gelukkig voor ons was er meer materie in het heelal. Wetenschappers hopen antimaterie waar te nemen tijdens LHC-operatie. Dit zou kunnen helpen de reden te begrijpen voor het verschil in de hoeveelheid materie en antimaterie toen het universum begon.
Donkere materie
Het huidige begrip van het universum suggereert dat slechts ongeveer 4% van de materie die zou moeten bestaan momenteel waarneembaar is. De beweging van sterrenstelsels en andere hemellichamen suggereert dat er veel meer zichtbare materie is.
Wetenschappers noemden deze vage materie donkere materie. Waarneembare en donkere materie vormen ongeveer 25%. De overige driekwart is afkomstig van hypothetische donkere energie, die bijdraagt aan de uitdijing van het heelal.
Wetenschappers hopen dat hun experimenten ofwel verder bewijs zullen leveren voor het bestaan van donkere materie en donkere energie, ofwel een alternatieve theorie zullen bevestigen.
Maar dit is slechts het topje van de ijsberg van de deeltjesfysica. Er zijn nog meer exotische en controversiële dingen die onthuld moeten worden, en daar is de versneller voor.
Big Bang op microschaal
Door protonen met voldoende hoge snelheden met elkaar in botsing te brengen, breekt de LHC ze in kleinere atomaire subdeeltjes. Ze zijn erg onstabiel en duren slechts een fractie van een seconde voordat ze vervallen of opnieuw worden gecombineerd.
Volgens de Big Bang-theorie bestond alle materie oorspronkelijk uit deze materie. Terwijl het heelal uitdijde en afkoelde, combineerden ze zich tot grotere deeltjes zoals protonen en neutronen.
Ongebruikelijke theorieën
Als de theoretische deeltjes, antimaterie en donkere energie, niet exotisch genoeg zijn, denken sommige wetenschappers dat de LHC bewijs kan leveren voor het bestaan van andere dimensies. Het is algemeen aanvaard dat de wereld vierdimensionaal is (driedimensionale ruimte en tijd). Maar natuurkundigen suggereren dat er mogelijk andere dimensies zijn die mensen niet kunnen waarnemen. Eén versie van de snaartheorie vereist bijvoorbeeld minstens elf dimensies.
Aanhangers van deze theorie hopen dat de LHC het bewijs zal leveren van hun voorgestelde model van het heelal. Volgens hen fundamenteel bouwstenen zijn geen deeltjes, maar strings. Ze kunnen open of gesloten zijn en trillen als gitaren. Het verschil in vibratie maakt de snaren anders. Sommige manifesteren zich in de vorm van elektronen, terwijl andere worden gerealiseerd als neutrino's.
Wat is een botsing in cijfers?
De LHC is een enorme en krachtige structuur. Het bestaat uit 8 sectoren, elk een boog, aan elk uiteinde begrensd door een sectie die een "insert" wordt genoemd. De omtrek van de botsing bedraagt 27 km.
De versnellerbuizen en botskamers bevinden zich 100 meter onder de grond. De toegang daartoe wordt verzorgd door een diensttunnel met liften en trappen, gelegen op verschillende punten langs de LHC-omtrek. CERN heeft ook bovengrondse gebouwen gebouwd waarin onderzoekers gegevens kunnen verzamelen en analyseren die zijn gegenereerd door de detectoren van de botsing.
Magneten worden gebruikt om protonenbundels te controleren die met 99,99% van de lichtsnelheid bewegen. Ze zijn enorm en wegen enkele tonnen. De LHC heeft ongeveer 9.600 magneten. Ze koelen af tot 1,9 K (-271,25 °C). Dit is lager dan de temperatuur van de ruimte.
Protonen in de botser passeren ultrahoogvacuümbuizen. Dit is nodig zodat er geen deeltjes zijn waarmee ze in botsing kunnen komen voordat ze hun doel bereiken. Eén enkel gasmolecuul kan ervoor zorgen dat een experiment mislukt.
Op de cirkel grote botser Er zijn 6 gebieden waar ingenieurs hun experimenten kunnen uitvoeren. Ze zijn te vergelijken met microscopen met een digitale camera. Sommige van deze detectoren zijn enorm: ATLAS is een apparaat van 45 m lang, 25 m hoog en weegt 7 ton.
De LHC maakt gebruik van ongeveer 150 miljoen sensoren die gegevens verzamelen en naar een computernetwerk sturen. Volgens CERN bedraagt de hoeveelheid informatie die tijdens experimenten wordt verkregen ongeveer 700 MB/s.
Het is duidelijk dat zo'n botsing veel energie kost. Het jaarlijkse energieverbruik bedraagt ongeveer 800 GWh. Het zou veel groter kunnen zijn, maar de faciliteit is tijdens de wintermaanden niet geopend. Volgens CERN bedragen de energiekosten ongeveer 19 miljoen euro.
Proton botsing
Het principe achter de botsingsfysica is vrij eenvoudig. Eerst worden twee stralen gelanceerd: één met de klok mee en de tweede tegen de klok in. Beide stromen versnellen tot de snelheid van het licht. Vervolgens worden ze naar elkaar toe gericht en wordt het resultaat waargenomen.
De apparatuur die nodig is om dit doel te bereiken is veel complexer. De LHC maakt deel uit van het CERN-complex. Voordat deeltjes de LHC binnenkomen, doorlopen ze al een reeks stappen.
Ten eerste moeten wetenschappers, om protonen te produceren, waterstofatomen ontdoen van elektronen. De deeltjes worden vervolgens naar LINAC 2 gestuurd, die ze in de PS Booster-versneller lanceert. Deze machines gebruiken een wisselend elektrisch veld om deeltjes te versnellen. De velden gecreëerd door gigantische magneten helpen de stralen vast te houden.
Wanneer de straal het gewenste energieniveau bereikt, stuurt de PS Booster deze naar de SPS-supersynchrotron. De stroom wordt nog verder versneld en wordt verdeeld in 2808 bundels van 1,1 x 1011 protonen. De SPS injecteert bundels in de LHC, met de klok mee en tegen de klok in.
In de Large Hadron Collider blijven protonen twintig minuten lang versnellen. Op maximale snelheid draaien ze elke seconde 11.245 keer rond de LHC. De bundels convergeren op een van de zes detectoren. In dit geval vinden er 600 miljoen botsingen per seconde plaats.
Wanneer 2 protonen botsen, worden ze opgesplitst in kleinere deeltjes, waaronder quarks en gluonen. Quarks zijn zeer onstabiel en vervallen in een fractie van een seconde. Detectoren verzamelen informatie door het pad van subatomaire deeltjes te volgen en deze naar een computernetwerk te sturen.
Niet alle protonen botsen. De rest beweegt zich verder naar het straalvrijgavegedeelte, waar ze worden geabsorbeerd door grafiet.
Detectoren
Langs de omtrek van de botser bevinden zich 6 secties waarin gegevens worden verzameld en experimenten worden uitgevoerd. Hiervan zijn er 4 hoofddetectoren en 2 kleinere.
De grootste is ATLAS. De afmetingen zijn 46 x 25 x 25 m. De tracker detecteert en analyseert het momentum van deeltjes die door ATLAS gaan. Eromheen bevindt zich een calorimeter die de energie van deeltjes meet door ze te absorberen. Wetenschappers kunnen hun traject observeren en informatie over hen extrapoleren.
De ATLAS-detector beschikt ook over een muonspectrometer. Muonen zijn negatief geladen deeltjes die 200 keer zwaarder zijn dan elektronen. Zij zijn de enigen die door de calorimeter kunnen gaan zonder te stoppen. De spectrometer meet het momentum van elk muon met behulp van sensoren voor geladen deeltjes. Deze sensoren kunnen fluctuaties in het magnetische veld van ATLAS detecteren.
De Compact Muon Solenoid (CMS) is een detector voor algemeen gebruik die subdeeltjes detecteert en meet die vrijkomen bij botsingen. Het apparaat bevindt zich in een gigantische solenoïdemagneet die een magnetisch veld kan creëren dat bijna 100.000 keer groter is dan het magnetisch veld van de aarde.
De ALICE-detector is ontworpen om botsingen met ijzerionen te bestuderen. Op deze manier hopen onderzoekers de omstandigheden te recreëren soortgelijke onderwerpen dat gebeurde onmiddellijk na de oerknal. Ze verwachten dat de ionen zullen transformeren in een mengsel van quarks en gluonen. Het belangrijkste onderdeel van ALICE is de TPC-camera, die wordt gebruikt om deeltjesbanen te bestuderen en te reconstrueren.
De LHC wordt gebruikt om te zoeken naar bewijs voor het bestaan van antimaterie. Het doet dit door te zoeken naar een deeltje dat een schoonheidsquark wordt genoemd. De rij subdetectoren rondom het inslagpunt is 20 meter lang. Ze kunnen zeer onstabiele en snel rottende deeltjes van schoonheidsquarks vangen.
Het TOTEM-experiment wordt uitgevoerd in een ruimte met een van de kleine detectoren. Het meet de grootte van protonen en de helderheid van de LHC, wat de nauwkeurigheid van het creëren van botsingen aangeeft.
Het LHC-experiment simuleert kosmische straling in een gecontroleerde omgeving. Het doel is om grootschalige studies naar echte kosmische straling te helpen ontwikkelen.
Op elke detectielocatie staat een team van onderzoekers, variërend van enkele tientallen tot meer dan duizend wetenschappers.
Gegevensverwerking
Het is niet verrassend dat zo’n botsing een enorme stroom aan data genereert. De 15.000.000 GB die jaarlijks door LHC-detectoren wordt geproduceerd, vormt een enorme uitdaging voor onderzoekers. De oplossing is een computernetwerk bestaande uit computers, die elk afzonderlijk een stukje gegevens kunnen analyseren. Zodra de computer de analyse heeft voltooid, stuurt hij de resultaten naar de centrale computer en ontvangt hij een nieuw deel.
Wetenschappers van CERN besloten zich te concentreren op het gebruik van relatief goedkope apparatuur om hun berekeningen uit te voeren. In plaats van geavanceerde servers en processors aan te schaffen, wordt gebruik gemaakt van bestaande hardware die goed kan presteren op het netwerk. Met behulp van speciale software kan een netwerk van computers de gegevens van elk experiment opslaan en analyseren.
Gevaar voor de planeet?
Sommigen vrezen dat zo’n krachtige botsing een bedreiging zou kunnen vormen voor het leven op aarde, inclusief deelname aan de vorming van zwarte gaten, ‘vreemde materie’, magnetische monopolies, straling, enz.
Wetenschappers weerleggen consequent dergelijke beweringen. De vorming van een zwart gat is onmogelijk, omdat er een kloof bestaat tussen protonen en sterren. groot verschil. ‘Vreemde materie’ zou al lang geleden gevormd kunnen zijn onder invloed van kosmische straling, en het gevaar van deze hypothetische formaties is enorm overdreven.
De botser is uiterst veilig: hij wordt van het oppervlak gescheiden door een laag grond van 100 meter en het personeel mag zich tijdens experimenten niet ondergronds bevinden.
Na een reeks experimenten bij de Large Hadron Collider (LHC) kondigden specialisten van het European Centre for Nuclear Research (CERN) de ontdekking aan van een nieuw deeltje genaamd pentaquark, eerder voorspeld door Russische wetenschappers.
De Large Hadron Collider (LHC) is een versneller die is ontworpen om elementaire deeltjes (in het bijzonder protonen) te versnellen.
Het is gevestigd in Frankrijk en Zwitserland en behoort tot de Europese Raad voor Nucleair Onderzoek (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire, CERN).
Destijds was het voor wetenschappers nog niet precies duidelijk hoe het deeltje dat ze ontdekten overeenkwam met de voorspellingen van het Standaardmodel. In maart 2013 hadden natuurkundigen voldoende gegevens over het deeltje om officieel te verklaren dat het het Higgsdeeltje was.
Op 8 oktober 2013 werden de Britse natuurkundige Peter Higgs en de Belgische Francois Engler, die het mechanisme van het breken van de elektrozwakke symmetrie ontdekten (dankzij deze overtreding kunnen elementaire deeltjes massa hebben), bekroond Nobelprijs in de natuurkunde voor "de theoretische ontdekking van een mechanisme dat inzicht verschafte in de oorsprong van de massa's van elementaire deeltjes."
In december 2013 hebben natuurkundigen van CERN, dankzij data-analyse met behulp van neurale netwerken, voor het eerst het verval van het Higgs-deeltje in fermionen getraceerd: tau-leptonen en b-quark- en b-antiquark-paren.
In juni 2014 verduidelijkten wetenschappers die aan de ATLAS-detector werkten, na het verwerken van alle verzamelde statistieken, de resultaten van het meten van de massa van het Higgs-deeltje. Volgens hun gegevens is de massa van het Higgs-deeltje 125,36 ± 0,41 giga-elektronvolt. Dit is vrijwel identiek – zowel qua waarde als qua nauwkeurigheid – aan het resultaat van wetenschappers die aan de CMS-detector werken.
In een publicatie uit februari 2015 in het tijdschrift Physical Review Letters verklaarden natuurkundigen dat mogelijke reden De vrijwel volledige afwezigheid van antimaterie in het heelal en de overheersing van gewone zichtbare materie zouden veroorzaakt kunnen worden door de bewegingen van het Higgsveld – een speciale structuur waarin Higgs-bosonen ‘leven’. De Russisch-Amerikaanse natuurkundige Alexander Kusenko van de Universiteit van Californië in Los Angeles (VS) en zijn collega's geloven dat ze het antwoord op dit universele raadsel hebben kunnen vinden in de gegevens die door de Large Hadron Collider zijn verzameld tijdens de eerste fase van zijn werking , toen het boson Higgs werd ontdekt, het beroemde "Goddeeltje".
Op 14 juli 2015 werd bekend dat specialisten van het Europees Centrum voor Nucleair Onderzoek (CERN), na een reeks experimenten bij de Large Hadron Collider (LHC), de ontdekking aankondigden van een nieuw deeltje genaamd pentaquark, eerder voorspeld door Russische wetenschappers. Door de eigenschappen van pentaquarks te bestuderen, kunnen we beter begrijpen hoe gewone materie werkt. De mogelijkheid van het bestaan van pentaquarks, medewerkers van het Sint-Petersburg Instituut voor Kernfysica genoemd naar Konstantinov Dmitry Dyakonov, Maxim Polyakov en Viktor Petrov.
Dankzij de gegevens die de LHC in de eerste fase van het werk verzamelde, konden natuurkundigen van de LHCb-samenwerking, die naar exotische deeltjes zoekt op de gelijknamige detector, verschillende deeltjes van vijf quarks ‘vangen’, die tijdelijke namen Pc(4450) kregen. + en Pc(4380)+. Ze hebben een zeer grote massa - ongeveer 4,4-4,5 duizend mega-elektronvolt, wat ongeveer vier tot vijf keer meer is dan hetzelfde cijfer voor protonen en neutronen, evenals een nogal ongebruikelijke spin. Door hun aard zijn het vier ‘normale’ quarks die aan één antiquark zijn gelijmd.
De statistische betrouwbaarheid van de ontdekking is negen sigma, wat overeenkomt met één willekeurige fout of storing van de detector in één geval op vier miljoen miljard (10 tot de 18e macht) pogingen.
Eén van de doelstellingen van de tweede lancering van de LHC zal de zoektocht naar donkere materie zijn. Er wordt aangenomen dat de ontdekking van dergelijke materie het probleem van de verborgen massa zal helpen oplossen, wat met name te maken heeft met de abnormaal hoge rotatiesnelheid van de buitenste gebieden van sterrenstelsels.
Het materiaal is samengesteld op basis van informatie van RIA Novosti en open bronnen
Waar bevindt zich de Large Hadron Collider?
In 2008 voltooide CERN (Europese Raad voor Nucleair Onderzoek) de bouw van een superkrachtige deeltjesversneller, de Large Hadron Collider. In het Engels: LHC – Large Hadron Collider. CERN is een internationale intergouvernementele wetenschappelijke organisatie, opgericht in 1955. In feite is het 's werelds belangrijkste laboratorium op het gebied van hoge energie, deeltjesfysica en zonne-energie. Ongeveer twintig landen zijn lid van de organisatie.
Waarom is de Large Hadron Collider nodig?
Er is een ring van supergeleidende magneten gecreëerd om protonen te versnellen in een ronde betonnen tunnel van 27 kilometer (26.659 m) nabij Genève. Er wordt verwacht dat de versneller niet alleen zal helpen de mysteries van de microstructuur van de materie te doorgronden, maar het ook mogelijk zal maken om vooruitgang te boeken in de zoektocht naar een antwoord op de vraag naar nieuwe energiebronnen in de diepten van de materie.
Voor dit doel werden, gelijktijdig met de constructie van de versneller zelf (die meer dan $ 2 miljard kostte), vier deeltjesdetectoren gemaakt. Hiervan zijn er twee grote universele (CMS en ATLAS) en twee zijn meer gespecialiseerd. Totale kosten detectoren nadert ook de $2 miljard. In elk van grote projecten CMS en ATLAS werden bijgewoond door meer dan 150 instellingen uit 50 landen, waaronder Russisch en Wit-Russisch.
De jacht op het ongrijpbare Higgsdeeltje
Hoe werkt de hadron-botsingsversneller? De versneller is de grootste protonenversneller die op botsende bundels werkt. Als gevolg van de versnelling zal elk van de bundels in het laboratoriumsysteem een energie hebben van 7 tera-elektronvolt (TeV), dat wil zeggen 7x1012 elektronvolt. Wanneer protonen botsen, worden er veel nieuwe deeltjes gevormd, die door detectoren worden geregistreerd. Na analyse van de secundaire deeltjes zullen de verkregen gegevens helpen bij het beantwoorden van fundamentele vragen die wetenschappers bezighouden die betrokken zijn bij de fysica en astrofysica van de microwereld. Een van de belangrijkste problemen is de experimentele detectie van het Higgs-deeltje.
Het inmiddels beroemde Higgsdeeltje is een hypothetisch deeltje dat een van de belangrijkste componenten is van het zogenaamde standaarddeeltje. klassiek model elementaire deeltjes. Vernoemd naar de Britse theoreticus Peter Higgs, die het bestaan ervan in 1964 voorspelde. Er wordt aangenomen dat Higgs-bosonen, die kwanta zijn van het Higgs-veld, relevant zijn voor fundamentele vragen in de natuurkunde. In het bijzonder het concept van de oorsprong van de massa van elementaire deeltjes.
Op 2 en 4 juli 2012 onthulde een reeks botsingsexperimenten een bepaald deeltje dat gecorreleerd kan worden met het Higgs-deeltje. Bovendien werden de gegevens bevestigd toen ze werden gemeten door zowel het ATLAS-systeem als het CMS-systeem. Er is nog steeds discussie over de vraag of het beruchte Higgsdeeltje echt ontdekt is, of dat het om een ander deeltje gaat. Feit is dat het ontdekte boson het zwaarste is dat ooit is gedetecteerd. Om de fundamentele vraag op te lossen werden vooraanstaande natuurkundigen van de wereld uitgenodigd: Gerald Guralnick, Carl Hagen, Francois Englert en Peter Higgs zelf, die in 1964 theoretisch het bestaan van een boson naar hem vernoemd onderbouwden. Na analyse van de datareeks zijn de deelnemers aan de studie geneigd te geloven dat het Higgsdeeltje inderdaad ontdekt is.
Veel natuurkundigen hoopten dat de studie van het Higgsdeeltje ‘anomalieën’ aan het licht zou brengen die zouden leiden tot gesprekken over de zogenaamde ‘Nieuwe Fysica’. Eind 2014 was echter bijna de volledige dataset die de afgelopen drie jaar was verzameld als resultaat van experimenten bij de LHC verwerkt en werden er geen intrigerende afwijkingen (met uitzondering van geïsoleerde gevallen) geïdentificeerd. Het bleek zelfs dat het twee-fotonenverval van het beruchte Higgs-deeltje volgens de onderzoekers ‘te standaard’ bleek te zijn. De experimenten die gepland zijn voor het voorjaar van 2015 kunnen de wetenschappelijke wereld echter verrassen met nieuwe ontdekkingen.
Niet zomaar een boson
De zoektocht naar het Higgsdeeltje is niet het doel op zich van een gigantisch project. Het is ook belangrijk voor wetenschappers om te zoeken naar nieuwe soorten deeltjes die het mogelijk maken om de verenigde interactie van de natuur in de vroege fase van het bestaan van het heelal te beoordelen. Wetenschappers onderscheiden nu vier fundamentele interacties van de natuur: sterk, elektromagnetisch, zwak en zwaartekracht. De theorie suggereert dat er in de vroege stadia van het universum mogelijk sprake was van een enkele interactie. Als er nieuwe deeltjes worden ontdekt, zal deze versie worden bevestigd.
Natuurkundigen maken zich ook zorgen over de mysterieuze oorsprong van deeltjesmassa. Waarom hebben deeltjes überhaupt massa? En waarom hebben zij zulke massa’s en geen andere? Overigens bedoelen we hier altijd de formule E=mc². Elk materieel object heeft energie. De vraag is hoe je het kunt loslaten. Hoe kunnen technologieën worden gecreëerd waarmee het met maximale efficiëntie uit een stof kan worden vrijgemaakt? Dit is vandaag de dag het belangrijkste energieprobleem.
Met andere woorden: het Large Hadron Collider-project zal wetenschappers helpen antwoorden te vinden op fundamentele vragen en de kennis over de microkosmos en daarmee over de oorsprong en ontwikkeling van het heelal uit te breiden.
Bijdrage van Wit-Russische en Russische wetenschappers en ingenieurs aan de oprichting van de LHC
Tijdens de bouwfase wendden Europese partners van CERN zich tot een groep Wit-Russische wetenschappers met serieuze ervaring op dit gebied om vanaf het allereerste begin van het project deel te nemen aan de creatie van detectoren voor de LHC. Op hun beurt nodigden Wit-Russische wetenschappers collega's van het Joint Institute for Nuclear Research van de wetenschapsstad Dubna en anderen uit om samen te werken Russische instellingen. Specialisten begonnen als één team te werken aan de zogenaamde CMS-detector - "Compact Muon Solenoid". Het bestaat uit vele complexe subsystemen, elk ontworpen om specifieke taken uit te voeren, en samen zorgen ze voor de identificatie en nauwkeurige meting van de energieën en vertrekhoeken van alle deeltjes die worden geproduceerd tijdens protonbotsingen bij de LHC.
Wit-Russisch-Russische specialisten namen ook deel aan de creatie van de ATLAS-detector. Dit is een 20 meter hoge installatie die deeltjesbanen met een hoge nauwkeurigheid kan meten: tot 0,01 mm. De gevoelige sensoren in de detector bevatten ongeveer 10 miljard transistors. Het prioritaire doel van het ATLAS-experiment is het detecteren van het Higgs-deeltje en het bestuderen van de eigenschappen ervan.
Zonder overdrijving hebben onze wetenschappers een belangrijke bijdrage geleverd aan de creatie van de CMS- en ATLAS-detectoren. Sommige belangrijke componenten werden vervaardigd in de genoemde machinebouwfabriek in Minsk. Oktoberrevolutie(MZOR). In het bijzonder hadroncalorimeters aan het eindvlak voor het CMS-experiment. Bovendien produceerde de fabriek zeer complexe elementen van het magnetische systeem van de ATLAS-detector. Dit zijn grote items die eigendom vereisen. speciale technologieën metaalverwerking en ultraprecieze bewerking. Volgens de technici van CERN zijn de bestellingen briljant uitgevoerd.
Ook de ‘bijdrage van individuen aan de geschiedenis’ kan niet worden onderschat. Ingenieur Kandidaat Technische Wetenschappen Roman Stefanovich is bijvoorbeeld verantwoordelijk voor de ultraprecisiemechanica in het CMS-project. Ze zeggen zelfs gekscherend dat zonder hem het CMS niet gebouwd zou zijn. Maar serieus, we kunnen met zekerheid zeggen: zonder dit zouden de montage- en inbedrijfstellingstermijnen met de vereiste kwaliteit niet gehaald zijn. Onze andere elektronica-ingenieur, Vladimir Tsjechovsky, die een nogal moeilijke wedstrijd heeft doorstaan, is vandaag bezig met het debuggen van de elektronica van de CMS-detector en zijn muonkamers.
Onze wetenschappers zijn zowel betrokken bij de lancering van detectoren als bij het laboratoriumgedeelte, bij de werking, het onderhoud en de modernisering ervan. Wetenschappers uit Dubna en hun Wit-Russische collega's nemen volledig hun plaats in in de internationale natuurkundegemeenschap CERN, die werkt aan het verkrijgen van nieuwe informatie over de diepe eigenschappen en structuur van materie.
Video
Review van het Simple Science-kanaal, waarin duidelijk het werkingsprincipe van de versneller wordt getoond:
Recensie van uanaal Galileo:
Recensie van uanaal Galileo:
Hadron Collider-lancering 2015:
Waar bevindt zich de Large Hadron Collider?
In 2008 voltooide CERN (Europese Raad voor Nucleair Onderzoek) de bouw van een superkrachtige deeltjesversneller, de Large Hadron Collider. In het Engels: LHC – Large Hadron Collider. CERN is een internationale intergouvernementele wetenschappelijke organisatie, opgericht in 1955. In feite is het 's werelds belangrijkste laboratorium op het gebied van hoge energie, deeltjesfysica en zonne-energie. Ongeveer twintig landen zijn lid van de organisatie.
Waarom is de Large Hadron Collider nodig?
Er is een ring van supergeleidende magneten gecreëerd om protonen te versnellen in een ronde betonnen tunnel van 27 kilometer (26.659 m) nabij Genève. Er wordt verwacht dat de versneller niet alleen zal helpen de mysteries van de microstructuur van de materie te doorgronden, maar het ook mogelijk zal maken om vooruitgang te boeken in de zoektocht naar een antwoord op de vraag naar nieuwe energiebronnen in de diepten van de materie.
Voor dit doel werden, gelijktijdig met de constructie van de versneller zelf (die meer dan $ 2 miljard kostte), vier deeltjesdetectoren gemaakt. Hiervan zijn er twee grote universele (CMS en ATLAS) en twee zijn meer gespecialiseerd. De totale kosten van de detectoren naderen ook $ 2 miljard. Aan elk van de grote CMS- en ATLAS-projecten namen ruim 150 instituten uit 50 landen, waaronder Russisch en Wit-Russisch, deel.
De jacht op het ongrijpbare Higgsdeeltje
Hoe werkt de hadron-botsingsversneller? De versneller is de grootste protonenversneller die op botsende bundels werkt. Als gevolg van de versnelling zal elk van de bundels in het laboratoriumsysteem een energie hebben van 7 tera-elektronvolt (TeV), dat wil zeggen 7x1012 elektronvolt. Wanneer protonen botsen, worden er veel nieuwe deeltjes gevormd, die door detectoren worden geregistreerd. Na analyse van de secundaire deeltjes zullen de verkregen gegevens helpen bij het beantwoorden van fundamentele vragen die wetenschappers bezighouden die betrokken zijn bij de fysica en astrofysica van de microwereld. Een van de belangrijkste problemen is de experimentele detectie van het Higgs-deeltje.
Het inmiddels beroemde Higgsdeeltje is een hypothetisch deeltje dat een van de belangrijkste componenten is van het zogenaamde standaard, klassieke model van elementaire deeltjes. Vernoemd naar de Britse theoreticus Peter Higgs, die het bestaan ervan in 1964 voorspelde. Er wordt aangenomen dat Higgs-bosonen, die kwanta zijn van het Higgs-veld, relevant zijn voor fundamentele vragen in de natuurkunde. In het bijzonder het concept van de oorsprong van de massa van elementaire deeltjes.
Op 2 en 4 juli 2012 onthulde een reeks botsingsexperimenten een bepaald deeltje dat gecorreleerd kan worden met het Higgs-deeltje. Bovendien werden de gegevens bevestigd toen ze werden gemeten door zowel het ATLAS-systeem als het CMS-systeem. Er is nog steeds discussie over de vraag of het beruchte Higgsdeeltje echt ontdekt is, of dat het om een ander deeltje gaat. Feit is dat het ontdekte boson het zwaarste is dat ooit is gedetecteerd. Om de fundamentele vraag op te lossen werden vooraanstaande natuurkundigen van de wereld uitgenodigd: Gerald Guralnick, Carl Hagen, Francois Englert en Peter Higgs zelf, die in 1964 theoretisch het bestaan van een boson naar hem vernoemd onderbouwden. Na analyse van de datareeks zijn de deelnemers aan de studie geneigd te geloven dat het Higgsdeeltje inderdaad ontdekt is.
Veel natuurkundigen hoopten dat de studie van het Higgsdeeltje ‘anomalieën’ aan het licht zou brengen die zouden leiden tot gesprekken over de zogenaamde ‘Nieuwe Fysica’. Eind 2014 was echter bijna de volledige dataset die de afgelopen drie jaar was verzameld als resultaat van experimenten bij de LHC verwerkt en werden er geen intrigerende afwijkingen (met uitzondering van geïsoleerde gevallen) geïdentificeerd. Het bleek zelfs dat het twee-fotonenverval van het beruchte Higgs-deeltje volgens de onderzoekers ‘te standaard’ bleek te zijn. De experimenten die gepland zijn voor het voorjaar van 2015 kunnen de wetenschappelijke wereld echter verrassen met nieuwe ontdekkingen.
Niet zomaar een boson
De zoektocht naar het Higgsdeeltje is niet het doel op zich van een gigantisch project. Het is ook belangrijk voor wetenschappers om te zoeken naar nieuwe soorten deeltjes die het mogelijk maken om de verenigde interactie van de natuur in de vroege fase van het bestaan van het heelal te beoordelen. Wetenschappers onderscheiden nu vier fundamentele interacties van de natuur: sterk, elektromagnetisch, zwak en zwaartekracht. De theorie suggereert dat er in de vroege stadia van het universum mogelijk sprake was van een enkele interactie. Als er nieuwe deeltjes worden ontdekt, zal deze versie worden bevestigd.
Natuurkundigen maken zich ook zorgen over de mysterieuze oorsprong van deeltjesmassa. Waarom hebben deeltjes überhaupt massa? En waarom hebben zij zulke massa’s en geen andere? Overigens bedoelen we hier altijd de formule E=mc². Elk materieel object heeft energie. De vraag is hoe je het kunt loslaten. Hoe kunnen technologieën worden gecreëerd waarmee het met maximale efficiëntie uit een stof kan worden vrijgemaakt? Dit is vandaag de dag het belangrijkste energieprobleem.
Met andere woorden: het Large Hadron Collider-project zal wetenschappers helpen antwoorden te vinden op fundamentele vragen en de kennis over de microkosmos en daarmee over de oorsprong en ontwikkeling van het heelal uit te breiden.
Bijdrage van Wit-Russische en Russische wetenschappers en ingenieurs aan de oprichting van de LHC
Tijdens de bouwfase wendden Europese partners van CERN zich tot een groep Wit-Russische wetenschappers met serieuze ervaring op dit gebied om vanaf het allereerste begin van het project deel te nemen aan de creatie van detectoren voor de LHC. Op hun beurt nodigden Wit-Russische wetenschappers collega's van het Joint Institute for Nuclear Research van de wetenschapsstad Dubna en andere Russische instituten uit om samen te werken. Specialisten begonnen als één team te werken aan de zogenaamde CMS-detector - "Compact Muon Solenoid". Het bestaat uit vele complexe subsystemen, elk ontworpen om specifieke taken uit te voeren, en samen zorgen ze voor de identificatie en nauwkeurige meting van de energieën en vertrekhoeken van alle deeltjes die worden geproduceerd tijdens protonbotsingen bij de LHC.
Wit-Russisch-Russische specialisten namen ook deel aan de creatie van de ATLAS-detector. Dit is een 20 meter hoge installatie die deeltjesbanen met een hoge nauwkeurigheid kan meten: tot 0,01 mm. De gevoelige sensoren in de detector bevatten ongeveer 10 miljard transistors. Het prioritaire doel van het ATLAS-experiment is het detecteren van het Higgs-deeltje en het bestuderen van de eigenschappen ervan.
Zonder overdrijving hebben onze wetenschappers een belangrijke bijdrage geleverd aan de creatie van de CMS- en ATLAS-detectoren. Enkele belangrijke componenten werden vervaardigd in de genoemde machinebouwfabriek in Minsk. Oktoberrevolutie (MZOR). In het bijzonder hadroncalorimeters aan het eindvlak voor het CMS-experiment. Bovendien produceerde de fabriek zeer complexe elementen van het magnetische systeem van de ATLAS-detector. Dit zijn producten van groot formaat die speciale metaalverwerkingstechnologieën en ultraprecieze verwerking vereisen. Volgens de technici van CERN zijn de bestellingen briljant uitgevoerd.
Ook de ‘bijdrage van individuen aan de geschiedenis’ kan niet worden onderschat. Ingenieur Kandidaat Technische Wetenschappen Roman Stefanovich is bijvoorbeeld verantwoordelijk voor de ultraprecisiemechanica in het CMS-project. Ze zeggen zelfs gekscherend dat zonder hem het CMS niet gebouwd zou zijn. Maar serieus, we kunnen met zekerheid zeggen: zonder dit zouden de montage- en inbedrijfstellingstermijnen met de vereiste kwaliteit niet gehaald zijn. Onze andere elektronica-ingenieur, Vladimir Tsjechovsky, die een nogal moeilijke wedstrijd heeft doorstaan, is vandaag bezig met het debuggen van de elektronica van de CMS-detector en zijn muonkamers.
Onze wetenschappers zijn zowel betrokken bij de lancering van detectoren als bij het laboratoriumgedeelte, bij de werking, het onderhoud en de modernisering ervan. Wetenschappers uit Dubna en hun Wit-Russische collega's nemen volledig hun plaats in in de internationale natuurkundegemeenschap CERN, die werkt aan het verkrijgen van nieuwe informatie over de diepe eigenschappen en structuur van materie.
Video
Review van het Simple Science-kanaal, waarin duidelijk het werkingsprincipe van de versneller wordt getoond:
Recensie van uanaal Galileo:
Recensie van uanaal Galileo:
Hadron Collider-lancering 2015:
Laden...
